Bài giảng Thiết bị điện tử

. 4.4.3 Máy thu thanh khuyếch đại thẳng a. Sơ đồ khối Mạch vào RF KĐ Cao tần RF Amply Tách sóng Detect KĐCS âm tần Audio Amly Loa Anten Hình 4.29: Sơ đồ khối máy thu thanh khuyếch đại thẳng b. Nhiệm vụ - Mạch vào: nằm giữa antena và tầng khuyếch đại đầu tiên của máy thu. Mạch vào có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu của đài phát thanh cần thu đồng thời lọc bỏ tín hiệu đài khác rồi dẫn tín hiệu đó sang tầng sau. - Khuyếch đại cao tần: là tầng khuyếch đại đầu tiên của máy thu. Sau khi nhận được tín hiệu cao tần từ mạch vào đưa đến khuyếch đại cao tần làm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu cao tần lên đủ lớn để có thể đưa sang tầng sau. - Tách sóng: là bộ phận cơ bản nhất của máy thu. Tách sóng có nhiệm vụ phục hồi lại tín hiệu âm tần ở đầu phát. - Khuyếch đại âm tần: dùng để khuyếch đại tín hiệu âm tần từ đầu ra của tách sóng để phát ra loa. Nhận xét: Máy thu thanh khuyếch đại thẳng cấu tạo đơn giản nhưng có nhiều nhược điểm nên hiện nay loại máy này gần như không còn được sử dụng: Cự ly đường truyền thấp; Độ nhạy máy thu không cao nguyên nhân do tín hiệu sau khi thu từ anten là tín hiệu cao tần chúng ta đưa ngay đến tách sóng. Nếu tín hiệu ở tần số cao thì can nhiễu kí sinh càng lớn và các linh kiện thực hiện tách sóng là những linh kiện điện tử có đặc tuyến không thẳng như diode, tranzitor.v.v. Các linh kiện này khi làm việc với tần số cao sẽ xuất hiện tụ kí sinh lớn nên chất lượng tách sóng không cao. Độ chọn lọc kém, không ổn định và khả năng thu không đồng đều trên cả băng sóng. 4.4.4 Máy thu thanh đổi tần Mặc dù chất lượng của máy đổi tần được cải tiến rất đáng kể, song kể từ lần thiết kế đầu tiên hình dạng cơ bản của nó không thay đôỉ nhiều và ngày nay nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong những dịch vụ thông tin vô tuyến. Máy thu đổi tần được tồn tại đến ngày nay và hiệu suất khuếch đại của nó có đặc tuyến độ nhạy và tính chọn tốt hơn những máy thu khác. Sơ đồ khối của một máy thu đổi tần có dạng như sau: Hình 4.30: Sơ đồ khối máy thu thanh đổi tần Tín hiệu cao tần RF do Anten thu được được khuếch đại lên và biến đổi về một tần số trung gian không đổi gọi là trung tần IF (vì vậy gọi máy thu đổi tần). Tần số trung tần thường được chọn thấp hơn tần số cao tần (fIF < fRF ). Tín hiệu trung tần sau khi đi qua vài bộ khuếch đại trung tần, đưa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần và đưa ra loa. Máy thu thanh đổi tần có những ưu điểm sau: Độ chọn lọc cao: Do ngoài việc chọn lọc ở mạch vào và bộ khuyếch đại cao tần (KĐCT), tầng đổi tần và các khuyếch đại trung tần được điều chỉnh cộng hưởng ở tần số trung tần cố định, có tần số thấp hơn cao tần nên độ chọn lọc được nâng cao. Độ nhạy cao hơn: Tần số trung tần thấp hơn nên hệ số khuyếch đại có thể lớn hơn. Độ khuyếch đại đồng đều trên cả băng sóng: Do tần số trung tần thấp hơn và không đổi khi tín hiệu vào thay đổi. 4.4.4.1 Máy thu thanh đổi tần AM a. Sơ đồ khối Bộ đổi tần Mạch vào RF KĐ Cao tần RF Amply Trộn tần Mixer Anten Đồng chỉnh Dao động ngoại sai OSC Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại AGC KĐ trung tần IF Amply KĐCS âm tần Audio Amply Loa Tách sóng Detect Hình 4.31: Sơ đồ khối máy thu thanh đổi tần AM b. Nhiệm vụ từng khối *Nguyên tắc chung Quá trình đổi tần làm cho tần số tín hiệu điều chế AM giảm nhưng dạng đường bao (tín hiệu mang tin) không đổi. fIF là tần số cố định do đó khi thu các băng sóng khác nhau thì tín hiệu ngoại sai fOSC cũng phải thay đổi theo. Đổi tần tuân theo công thức: fIF = fOSC - f AM = 465kHz (Các nước Đông Âu) = hay 455kHz (Châu Âu, Mĩ, Nhật) - Mạch vào (RF): Nhiệm vụ: tiếp nhận tín hiệu của đài cần thu với tần số fAM; lọc bỏ tín hiệu nhiễu và tín hiệu các đài khác bằng nguyên lý cộng hưởng; truyền dẫn tín hiệu thu được sang tầng sau. Yêu cầu: Mạch vào phải đảm bảo hai yêu cầu: truyền đạt được tín hiệu cao tần antena nhận được sang tầng đầu tiên của máy thu; đảm bảo khả năng chọn lọc nhất định cho máy. - Khuếch đại cao tần (RF Amply): Nhiệm vụ: khuếch đại tín hiệu fAM đủ mạnh cung cấp cho mạch đổi tần. Yêu cầu: Tín hiệu đầu vào mạch khuyếch đại cao tần có biên độ nhỏ, dải tín hiệu rộng nên mạch phải tạo tín hiệu đầu ra có biên độ lớn, méo nhỏ. Hai thông số quan trọng nhất của máy thu là hiệu suất khuếch đại và hiệu suất nhiễu đều phụ thuộc vào tầng này. Khuyếch đại cao tần phải đáp ứng yêu cầu: Hiệu suất khuếch đại vừa đủ lớn; nhiễu nhiêt độ thấp (khắc phục bằng cách làm nguội khối cao tần của máy thu bằng quạt gió hoặc ngay cả chất “helium” trong những máy thu đắt tiền); hệ số nhiễu thấp (khắc phục bằng cách sử dụng thành phần cấu trúc đặt biệt của chất bán dẫn đối với những linh kiện tích cực.) - Mạch dao động ngoại sai (OSC):  Nhiệm vụ: tạo ra sóng cao tần có tần số fOSC và biên độ ổn định trong mỗi băng sóng. Yêu cầu: Tần số sóng cao tần tạo ra được tính toán sao (fOSC) luôn cao hơn tần số sóng định thu (fAM) một giá trị không đổi = fIF = 465kHz (hay 455 kHz) tùy từng hệ. - Mạch trộn tần (Mixer): Nhiệm vụ: trộn hai tín hiệu cao tần RF (fAM) và tín hiệu ngoại sai (fOSC) để tạo ra tín hiệu trung tần IF có tần số cố định fIF Yêu cầu: Tín hiệu IF có tần số cố định fOSC-fAM= fIF = 465 kHz (hoặc 455KHz) nhưng không làm thay đổi dạng tín hiệu. - Bộ đồng chỉnh (bộ điều hưởng): Nhiệm vụ: đồng thời điều chỉnh tần số trung tâm của mạch vào cao tần RF và tần số của mạch dao động ngoại sai fOSC để tạo ra trung tần fIF=const cố định Yêu cầu: điều chỉnh đồng thời hai tần số vì điều chỉnh từng phần sẽ làm sai lệch tần số trung tâm của mạch vào RF, đồng thời cũng làm sai lệch tần số dao động ngoại sai. Khi tần số dao động ngoại sai được điều chỉnh lớn hơn tần số RF gọi là “high-side injection”. Khi dao động ngoại sai điều chỉnh thấp hơn tần số RF được gọi là “low- side injection”. Trong máy thu đổi tần AM , “high- side injection” luôn được sử dụng. - Mạch khuếch đại trung tần (IF Amply): Nhiệm vụ: Khuếch đại tín hiệu trung tần IF lên biên độ đủ lớn cung cấp cho mạch tách sóng. Yêu cầu: Hầu hết hệ số khuếch đại và độ nhạy của máy thu đạt được trong tầng này nhưng phải đảm bảo tần số trung tâm fIF và băng thông của khối luôn cố định. - Mạch tách sóng (Detect): Nhiệm vụ: tách tín hiệu âm tần ra khỏi sóng mang trung tần fIF = 465 kHz (hoặc 455KHz) và đưa tới phần sau. Đây là quá trình ngược với quá trình điều chế. Yêu cầu: Mạch tách sóng phải thỏa mãn các yêu cầu: đảm bảo hệ số truyền đạt điện áp tốt nhất; méo tín hiệu ở mức nhỏ nhất; có trở kháng vào lớn. Mạch tách sóng đơn giản nhất là dùng một diode hoặc mạch phức hợp dùng vòng khóa pha hoặc mạch giải điều biên cân bằng. - Khuyếch đại âm tần (Audio Amply): Nhiệm vụ: khuyếch đại tín hiệu âm tần từ đầu ra của tách sóng để phát ra loa. Số mạch khuếch đại được dùng phụ thuộc vào công suất tín hiệu âm thanh. Yêu cầu: Cho ra tải công suất lớn nhất có thể được, độ méo phi tuyến cho phép và hiệu suất cao. - Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại (AGC-Automatic Gain Control): Nhiệm vụ: Tín hiệu từ đài phát đến đài thu có thể đi theo nhiều đường khác nhau, với phương thức truyền khác nhau nên tới anten thu, các sóng có thể cộng hưởng hay triệt tiêu. Vì vậy tín hiệu lúc tăng, lúc giảm tại đầu thu nên kết quả tín hiệu sau tách sóng cũng thay đổi theo. Để khắc phục hiện tượng này người ta dùng mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại: khi tín hiệu vào yếu thì hệ số khuyếch đại của mạch IF Amly tăng và khi tín hiệu vào mạnh thì hệ số khuyếch đại của mạch IF Amly giảm sao cho tín hiệu ra sau tách sóng luôn ổn định. Yêu cầu: Mạch dùng hồi tiếp tín hiệu để thay đổi trở kháng các tầng trước (tức lấy dòng 1 chiều sau tách sóng trở về thay đổi chế độ làm việc của tầng khuyếch đại trước). Mạch AGC hoạt động vẫn đảm bảo các yêu cầu máy thu thanh AM. c. Phân tích một số mạch cụ thể - Mạch vào, khuyếch đại cao tần, dao động ngoại sai và mạch trộn Hình 1.32 là sơ đồ mạch vào RF, mạch khuyếch đại cao tần, dao động ngoại sai và mạch trộn đơn giản trong một máy thu thanh đổi tần AM. Hình 4.32: Mạch cộng hưởng, khuyếch đại cao tần, tạo dao động, trộn tần Mạch vào Cấu tạo gồm: Tụ xoay C1 đấu song song với cuộn dây L1 quấn trên thanh ferit tạo thành mạnh mạch dao động LC. Nguyên tắc hoạt động: Mạch thu sóng theo nguyên lý cộng hưởng. Có rất nhiều sóng mang có tần số khác nhau từ các đài phát cùng đi tới máy thu, khi fch (tần số dao động của mạch cộng hưởng) =fRF1 (tần số sóng mang của một đài phát) thì tín hiệu sóng mang của đài phát đó được giữ lại. Tín hiệu này được thu vào thông qua cuộn thứ cấp của cuộn dây L2 quấn trên cùng lõi ferit với L1 để đưa đến khối khuyếch đại cao tần RF. Khi muốn thay đổi kênh AM, điều chỉnh núm Tuning chính là điều chỉnh tụ xoay C1 làm cho giá trị C1 thay đổi dẫn đến tần số cộng hưởng fvào mạch thay đổi, máy sẽ thu được kênh AM có tần số khác. Mạch khuyếch đại cao tần: Cấu tạo: Mạch dùng tranzitor Q1 có tải là điện trở R1 mắc theo kiểu Emitor chung để có hệ số khuyếch đại lớn. Nguyên tắc hoạt động: Tín hiệu thu được ở cuộn thứ cấp L2 được  khuếch đại qua đèn Q1, sau đó đưa sang mạch trộn tần để đổi tần. Mạch dao động ngoại sai Cấu tạo: gồm tụ xoay C3 đấu song song với cuộn L3 tạo thành mạch dao động có tần số fns. Nguyên tắc hoạt động: Tụ xoay C3 gắn chung với tụ C1 và hai tụ này được điều chỉnh giá trị đồng thời. (fOSC)- (fRF1)= const. Mạch trộn tần: Cấu tạo: mạch sử dụng tranzitor Q2 làm nhiệm vụ đổi tần. Nguyên tắc hoạt động: Tín hiệu cao tần RF (fRF1) được đưa vào cực B của Q2, tín hiệu dao động ngoại sai (fns) được đưa vào cực E của Q2, tín hiệu lấy ra trên cực C của Q2 gọi là IF (tín hiệu trung tần) có giá trị không đổi bằng 455KHz. => Mạch có cấu tạo đơn giản nhưng độ méo lớn và độ ổn định kém. - Mạch khuếch đại trung tần ( IF Amply) Hình 4.33: Hai tầng khuyếch đại trung tần có tải là mạch cộng hưởng đơn     Sau khi đổi tần, tín hiệu trung tần IF được khuếch đại qua hai tầng khuếch đại Q1 và Q2 có tải mạch cộng hưởng đơn (Q1 và Q2 khuyếch đại điện áp, đảo pha tín hiệu). Các biến áp trung tần T1, T2, T3 cộng hưởng ở tần số fch=fIF= 455KHz đồng thời làm nhiệm vụ nối tầng, phối hợp trở kháng và loại bỏ các tín hiệu nhiễu khác và đảm bảo tín hiệu trung tần có tần số ổn định trên toàn băng sóng. Các biến áp này có vít điều chỉnh nhằm điều chỉnh cho biến áp cộng hưởng đúng tần số. - Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại AGC Dưới đây là sơ đồ mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại cho một tầng khuếch đại trung tần. Trong đó R1, R2 là mạch phân cực ban đầu cho tầng khuếch đại T1. Hình 4.34 Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại AGC Khi tín hiệu thu lớn, điện áp ngõ ra mạch tách sóng D1 âm mạnh, thành phần điện áp này được hồi tiếp một phần về phân cực lại cho T1 nhờ điện trở hồi tiếp Rf, điều này làm T1 dẫn yếu do đó giảm độ khuếch đại của mạch. Khi tín hiệu thu nhỏ, điện áp sau mạch tách sóng D1 ít âm hơn, điều này làm tăng điện áp phân cực T1 và làm tăng hệ số khuếch đại của mạch. Cấu trúc của dạng mạch trên đơn giản nhưng mắc phải một nhược điểm lớn là làm thay đổi điểm làm việc tĩnh của T1 cho nên dễ dẫn đến hiện tượng méo dạng tín hiệu. 4.4.4.2 Máy thu thanh đổi tần FM Đối với máy thu sóng AM thương mại, tín hiệu điều biên được chở trên sóng mang là một dạng của điều chế biên độ nên nhiễu xảy ra trong hệ thống làm thay đổi biên độ của hình bao. Vì vậy, nhiễu không thể bị loại bỏ từ dạng sóng toàn phần trong mạch loại trừ ở phần trước của tín hiệu thông tin. Đối với hệ thống điều tần, tín hiệu thông tin được chở trên sóng mang là dạng mạch điều chế tần số và pha nên chất lượng của hệ thống được cải tiến rất đáng kể so máy thu AM. a. Sơ đồ khối Bộ đổi tần Mạch vào RF KĐ Cao tần RF Amply Trộn tần Mixer Anten Dao động ngoại sai OSC Mạch tự động điều chỉnh tần số AFC KĐ trung tần IF Amly Hạn chế biên độ Tách sóng Detect KĐCS âm tần Audio Amly Loa Đồng chỉnh Hình 4.35: Sơ đồ khối máy thu thanh đổi tần FM b. Nhiệm vụ từng khối - Mạch vào: Tương tự AM, tuy nhiên tần số của băng FM cao hơn rất nhiều băng sóng AM vì vậy các cuộn dây cộng hưởng cho băng sóng FM thường không có lõi ferit. - Khuếch đại cao tần (RF Amply) của máy thu FM khác máy thu AM do làm việc với tần số cao, dải thông rộng, đây là nguyên nhân gây ra sự mất ổn định, méo tín hiệu. Khuyếch đại cao tần có thể chia: khuyếch đại cao tần dùng tranzitor có tải cộng hưởng (tải là khung cộng hưởng đơn hay kép); khuyếch đại cao tần dùng tranzitor trường; khuyếch đại cao tần dùng IC - Mạch dao động ngoại sai (OSC) tương tự máy thu AM. Tuy nhiên tần số của băng FM cao hơn rất nhiều băng sóng AM vì vậy các cuộn dây cộng hưởng cho băng sóng FM thường không có lõi ferit - Mạch trộn tần (Mixer): Có nhiệm vụ trộn hai tín hiệu cao tần RF (fFM) và tín hiệu OSC (fOSC) để tạo ra tín hiệu trung tần IF có tần số trung gian nhưng vẫn giữ nguyên quy luật biến đổi của tần số âm thanh. - Mạch khuếch đại trung tần (IF Amply): Tương tự AM nhưng các biến áp trung tần FM ghép cộng hưởng ở tần số 6.5 MHz (các nước Đông Âu) hay 10,7 MHz (Mỹ, Bắc Âu, Nhật). Trong thực tế để đơn giản về mặt cấu tạo, thường sử dụng bộ KĐTT chung cho cả AM và FM: tải cộng hưởng của hai hệ mắc nối tiếp nhau (khác nhau tần số cộng hưởng) - Mạch hạn chế biên độ: (khác máy thu AM) Trong quá trình lan truyền tín hiệu điều tần bị can nhiễu điều biên kí sinh nên trước khi đưa vào tách sóng điều tần thì tín hiệu phải đưa qua bộ hạn chế biên độ để cắt bỏ phần điều biên do can nhiễu gây ra, đó là lí do trong máy thu FM có khối hạn biên. Nhiệm vụ mạch hạn biên là cắt xén biên tần trên và dưới của sóng cao tần điều tần để loại bỏ phần can nhiễu điều biên kí sinh do quá trình lan truyền của sóng điều tần gây ra. Biên độ tạp âm thường nhỏ hơn nhiều so với biên độ sóng mang nên nó chỉ làm thay đổi chút ít biên độ tín hiệu. Khi qua bộ hạn chế biên độ, đỉnh trên và dưới dạng sóng mang bị cắt bỏ nên phần tín hiệu can nhiễu bị loại bỏ còn phần sóng mang vẫn có tần số biến đổi theo quy luật tín hiệu âm tần. - Mạch tách sóng điều tần (Detect): Nhiệm vụ phục hồi lại tín hiệu âm tần ban đầu. Nguyên tắc tách sóng được trình bày cụ thể ở phần 1.2.3.4 - Khuyếch đại âm tần (Audio Amply): tương tự máy thu thanh AM - Mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC-Automatic Frequency Control): đảm bảo tín hiệu sau tách sóng điều tần luôn ổn định. Mạch thực hiện trích một phần điện áp một chiều sau mạch tách sóng FM, quay trở lại điều khiển tần số dao động mạch ngoại sai. => Nhận xét: Thực tế máy thu thanh điều tần thì các khối mạch vào, khuyếch đại cao tần, trộng tần bao giờ cũng được bố trí thành một khối chung là khối siêu cao tần, khối náy có yêu cầu về cơ và điện rất nghiêm ngặt. Do đó khi tháo lắp, sửa chữa cần giữ đúng khoảng cách giữa các linh kiện, thay linh kiện đúng kích thước, đi dây phải ngắn gọn hợp lí, về điện cảm và điện dung lắp ráp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến điều kiện làm việc của khối. Do đó khối siêu cao tần thường được bọc kín. Hầu hết các máy thu thanh hiện nay đều có 2 chức năng: thu sóng điều biên AM và thu sóng cực ngắn FM Stereo. Hình 4.36: Sơ đồ khối máy thu thanh đổi tần AM và FM Stereo CHƯƠNG 5- THIẾT BỊ THU VÀ PHÁT HÌNH 5.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN HÌNH 5.1.1 Một số khái niệm a. Ánh sáng Ánh sáng là dao động điện từ có bước sóng nằm trong khoảng 0.38μm÷0.78μm. Như vậy ánh sáng mà mắt người nhìn thấy chỉ là một phần rất nhỏ trong dải sóng điện từ. Ánh sáng thường chia thành ánh sáng đơn sắc và ánh sáng phức hợp. Hình 5.1: Dải sóng điện từ Ánh sáng đơn sắc là sóng điện từ có bước sóng xác định. Thực tế có thể xem xét bức xạ có dải tần rất hẹp là ánh sáng đơn sắc. Ví dụ: laze tạo ra sáng đơn sắc do con người tạo ra. Ánh sáng phức hợp là tập hợp nhiều ánh sáng đơn sắc. Trong thiên nhiên thường gặp loại ánh sáng này. Ví dụ: ánh sáng mặt trời lúc trưa trong những ngày bầu trời ít mưa là ánh sáng trắng. b. Nguồn sáng Nguồn tạo ra ánh sáng gọi nguồn sáng. Nguồn sáng chia ra làm hai loại nguồn sáng sơ cấp và nguồn sáng thứ cấp. Nguồn sáng sơ cấp (hay nguồn phát sáng) là những vật thể tự phát ra ánh sáng. Ví dụ: mặt trời, bóng đèn điện, ngọn lửa.v.v. Nguồn sáng thứ cấp là những vật thể phản xạ ánh sáng rọi từ nguồn sáng sơ cấp hoặc những vật thể cho ánh sáng xuyên qua. Ví dụ: mặt trăng c. Màu sắc Vùng ánh sáng nhìn thấy gồm rất nhiều màu sắc tạo thành mỗi màu tương ứng với một bước sóng xác định. Có bảy màu phân biệt rõ nhất là đỏ, cam, vàng, lục, lam, lơ, tím. Điều này được chứng minh bằng thực nghiệm: chiếu một chùm ánh sáng trắng quá một lăng kính sẽ nhận được một dải màu từ đỏ đến tím. Dải màu đó gọi là phổ màu. Phổ màu của ánh sáng là phổ liên tục, từ màu này chuyển sang màu khác không có ranh giới rõ ràng. Tuy nhiên, mỗi màu chiếm một khoảng phổ nhất định. Hình 5.2: Bước sóng của các màu trong phổ màu Thực nghiệm cho thấy, ánh sáng có bước sóng khác nhau tác dụng lên mắt cho ta cảm giác các màu sắc khác nhau. Màu sắc mắt cảm thu được quyết định bời hai yếu tố vật lí và sinh lý: - Màu của vật không phải là nguồn sáng. Màu sắc của vật được phân biệt là nhờ tính chất phản xạ ánh sáng của nó. Khi ánh sáng trắng chiếu vào một vật nào đó thì một số bước sóng bị vật ấy hấp thụ hoàn toàn hoặc một phần. Các bước sóng không bị hấp thụ còn lại phản chiếu đến mắt cho ta cảm giác về một màu nào đó. - Màu sắc là cảm nhận chủ quan của mắt mỗi người. d. Thông số đặc trưng của màu sắc Màu sắc có những thông số đặc trưng sau: Độ chói (Luminance): cảm nhận của mắt về cường độ sáng của màu sắc. Sắc màu (Chrominance): chỉ tính chất của màu. Ví dụ: màu đỏ, màu lam .v.v. là để chỉ sắc của màu. Sắc màu phụ thuộc vào bước sóng trội của ánh sáng đơn sắc trong phổ phân bố năng lượng của bức xạ ánh sáng. Độ bão hòa của một màu (Staturation):chỉ mức độ đậm nhạt của màu. Ví dụ: đỏ chói, đỏ thẫm, đỏ tươi .v.v. đều có sắc màu đỏ nhưng độ bão hòa màu khác nhau. Độ bão hòa chính là sự tinh khiết của màu ấy so với màu trắng, khả năng màu ấy bị pha loãng bởi ánh sáng trắng nhiều hay ít. Màu chứa càng nhiều ánh sáng trắng, độ bão hòa càng thấp. 5.1.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình Truyền hình như tên gọi của nó là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành các tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban đầu và hiển thị lên màn hình dưới dạng hình ảnh. Hình 2.3 là sơ đồ khối hệ thống truyền hình. MÁY THU HÌNH MÁY PHÁT CAMERA Bộ tạo xung quét Bộ khuyếch đại Xử lý Ống phát Bộ điều chế Bộ khuyếch đại Bộ tạo sóng mang Hình ảnh cần truyền Bộ tạo xung đồng bộ Anten phát Bộ tách sóng Bộ khuyếch đại Bộ tạo xung quét Anten thu Ống thu hình Tìn hiệu âm thanh Hình 5.3: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình Ở trung tâm truyền hình, ống kính Camera chiếu những ảnh động cần truyền lên Catốt quang điện của bộ chuyển đổi ảnh- tín hiệu. Bộ chuyển đổi này sẽ chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện (chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện). Tín hiệu điện này mang thông tin về độ chói và màu sắc của hình ảnh gọi là tín hiệu hình hay tín hiệu video. Quá trình chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện là quá trình phân tích hình ảnh. Tín hiệu hình cùng với tín hiệu âm thanh đến máy phát được điều chế bằng sóng mang cao tần, sau đó khuyếch đại lên công suất đủ lớn và bức xạ dưới dạng sóng điện từ qua không gian hoặc truyền bằng cáp đến máy thu. Ở phía máy thu, tín hiệu hình thu được khuyếch đại lên mức cần thiết rồi đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu- ảnh. Bộ chuyển đổi này có tác dụng ngược với bộ chuyển đổi ảnh- tín hiệu ở máy phát, nó chuyển đổi tín hiệu hình nhận được thành ảnh quang (chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng). Đó là quá trình khôi phục, tổng hợp ảnh. Dụng cụ thực hiện sự chuyển đổi này là phần tử biến đổi điện- quang, còn gọi là ống thu hình. Quá trình chuyển đổi tín hiệu-ảnh ở máy thu phải đồng bộ và đồng pha với quá trình chuyển đổi ảnh- tín hiệu ở máy phát thì mới khôi phục được ảnh quang đã truyền đi. Để thực hiện được sự đồng bộ và đồng pha, hệ thống truyền hình phải dùng thêm tín hiệu đồng bộ được cài trong tín hiệu hình: Xung đồng bộ đưa đến bộ chuyển đổi ảnh- tín hiệu để khống chế quá trình phân tích ảnh, đồng thời đưa đến bộ khuyếch đại và gia công để cộng với tín hiệu hình. Ở phía máy thu, tín hiệu đồng bộ được tách ra để khống chế quá trình tổng hợp hình ảnh. Tín hiệu hình cộng thêm xung đồng bộ gọi là tín hiệu hình tổng hợp (video tổng hợp). Để truyền đi xa, tín hiệu âm thanh điều tần vào sóng FM ở tần số 6,5MHz cộng với tín hiệu hình tổng hợp được điều chế theo phương pháp điều biên vào sóng siêu cao tần (cực ngắn) ở dải VHF hoặc dải UHF để tạo thành sóng mang được gọi là tín hiệu truyền hình. 5.1.3 Nguyên lý truyền hình 5.1.3.1 Nguyên lý quét Phương pháp quét Nếu chia một tấm ảnh thành nhiều phần tử rất nhỏ (khoảng 520.000 phần tử) gọi là một điểm ảnh (pixel). Mỗi điểm ảnh có độ chói trung bình và màu sắc của nó. Số điểm ảnh càng lớn, tức ảnh được chia ra càng nhỏ thì độ chói và màu trên toàn tiết diện của mỗi điểm ảnh áng đồng nhất. Ngược lại nếu dùng nhiều điểm ảnh có độ chói và màu tương ứng, có thể ghép thành ảnh. Nếu kích thước các điểm ảnh nhỏ đến mức độ nào đó và dưới một góc nhìn nào đó ta không còn phân biệt được các phần tử riêng rẻ nữa, mà có cảm giác như tấm ảnh là một khối liên tục chứ không phải được ghép bởi các điểm ảnh. Hình ảnh quang học được hình thành bằng cách quét một lượt các dòng quét theo chiều ngang từ trái qua phải và từ trên xuống. Thông tin về độ chói và màu sắc của từng điểm ảnh trên một dòng quét sẽ được chuyển thành tín hiệu điện tương ứng của dòng quét đó. Quá trình này sẽ được lặp lại cho các ảnh tiếp theo. Như vậy, thông tin về các ảnh liện tiếp được biến đổi thành dòng tín hiệu điện theo thời gian trong khoảng thời gian quét hết một ảnh. - Phương pháp quét liên tục (Hình 5.4a) Dòng điện tử bắt đầu quét từ mép trái dòng 1 sang mép phải A của dòng 2 và lập tức quay về phía trái theo nét rời dòng 2 và lại bắt đầu quét từ mép trái dòng 2 về mép phải B dòng 3.v.v. Cứ như vậy, dòng điện tử quét từ trên xuống dưới cho đến Z (mép phải dòng cuối cùng), kết thúc việc phân tích hoặc tổng hợp một ảnh. Sau đó tia điện tử quay nhanh về mép trái dòng 1 của ảnh thứ 2 và bắt đầu quá trình quét ảnh thứ 2. Quá trình quét liên tiếp xảy ra với tốc độ rất lớn. A B C D . . . . . . Z Z 1 2 3 4 5 . . . . . n Điểm ảnh Điểm ảnh 1 2 3 4 5 6 7 Dòng 1 mành I Dòng 1 mành II a. Quét liên tục b. Quét xen kẽ Hình 5.4: Các phương pháp quét Phương pháp quét xen kẽ (hay quét cách dòng) (Hình 5.4b) Nguyên lí của phương pháp quét xen kẽ là mỗi ảnh được truyền thành hai lượt, lượt một truyền tất cả dòng lẻ, lượt hai truyền tất cả dòng chẵn. Như thế, trong một mành chẵn hay một mành lẽ, mỗi dòng chớp sáng (xuất hiện) 25 lần, nhưng 2 dòng kề nhau thuộc 2 mành khác nhau thì xuất hiện 50 lần trong 1s. Nhưng vì khoảng cách giữa 2 dòng rất bé nên mắt không phát hiện được. Kết quả là ta có cảm giác số hình xuất hiện trong 1s tăng gấp đôi, khắc phục được hiện tượng nhấp nháy của hình ảnh trên màn hình. b. Số dòng quét mỗi hình Chất lượng hình phụ thuộc vào độ phân giải. Số dòng quét càng nhiều, chất lượng hình ảnh càng đẹp. h độ l= 6h Hình 5.5: Cách xác định số dòng quét trên mỗi hình Do đó, việc chọn số dòng quét mỗi hình phải đủ lớn để đảm bảo sao cho khi mắt người cách màn hình một khoảng bằng 6 chiều cao của hình thì góc tạo bởi mắt người đến 2 dòng liên tiếp trên màn hình phải nhỏ hơn 1 phút (1/60 độ). Có như vậy, mắt ta mới không phân biệt được ranh giới giữa 2 dòng và hình nhìn thấy sẽ mịn, không bị sứa ngang. Từ đó xác định được số dòng quét tương ứng với các chuẩn FCC, CCIR và OIRT lần lượt là 525, 625 và 625. c. Số ảnh truyền đi trong một giây Lựa chọn số ảnh truyền đi trong một giây thỏa mãn các điều kiện sau: Do sự lưu ảnh trên võng mạc, khi truyền ảnh động (ảnh của những vật di chuyển) để đảm bảo các động tác liên tục, không bị giật thì phải truyền từ 20 ÷ 25 ảnh/giây. Nhưng khi khôi phục ảnh trên màn hình thì để ảnh không nhấp nháy, màn hình sáng nhấp nháy trong 48 đến 50 lần trong một giây. Ngoài ra, cần phải chọn số hình là ước số của tần số mạng điện xoay chiều để tránh hiện tượng hình bị rung, lắc hoặc có vết đen trôi trên màn hình khi bộ lọc nguồn không bảo đảm chất lượng. Tổng hợp các điều kiện trên, các chuẩn truyền hình FCC, CCIR và OIRT chọn số hình trong 1s lần lượt là 30, 25 và 25 (tương ứng tần số mạng điện xoay chiều lần lượt 60Hz, 50Hz và 50Hz). Hệ FCC sử dụng phương pháp quét xen kẽ. Theo phương pháp quét xen kẽ, thay vì chiếu 30 ảnh liên tục trong thời gian 1giây, người ta chiếu thành hai lần: 30 mành lẻ trong thời gian 1giây và 30