Các khái niệm cơ bản của hệ thống điện tử thông tin (thiết bị thu phát)

1 Ch−¬ng 1 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n cña hÖ thèng §IÖN Tö TH¤NG TIN (thiÕt bÞ thu ph¸t) 1.1 C¸c thμnh phÇn cña hÖ thèng thiÕt bÞ thu ph¸t 1.1.1 S¬ ®å khèi cña hÖ thèng thiÕt bÞ thu ph¸t Trong hÖ thèng thu ph¸t, th«ng tin ®−îc truyÒn tõ n¬i nμy ®Õn n¬i kh¸c b»ng thiÕt bÞ ®iÖn tö th«ng qua m«i tr−êng truyÒn. S¬ ®å khèi c¬ b¶n cña hÖ thèng ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh 1.1: M¸y ph¸t Tx M«i tr−êng truyÒn M¸y thu Rx NhiÔu TÝn hiÖu vμo: ©m thanh, d÷ liÖu, h×nh ¶nh TÝn hiÖu ra H×nh 1.1 S¬ ®å khèi cña hÖ thèng thiÕt bÞ thu ph¸t NhiÔu NhiÔu + M¸y ph¸t: TËp hîp c¸c linh kiÖn vμ m¹ch ®iÖn tö ®−îc thiÕt kÕ ®Ó biÕn ®æi tin tøc thμnh tÝn hiÖu phï hîp víi m«i tr−êng truyÒn. + M«i tr−êng truyÒn: Ph−¬ng tiÖn ®Ó truyÒn th«ng tin, cã thÓ lμ d©y dÉn (gäi lμ h÷u tuyÕn nh− c¸p ®ång trôc, c¸p sîi quang) hoÆc lμ kho¶ng kh«ng gian tõ n¬i ph¸t ®Õn n¬i thu (gäi lμ v« tuyÕn, nh− trong th«ng tin vi ba sè, th«ng tin vÖ tinh) + M¸y thu: TËp hîp c¸c linh kiÖn vμ m¹ch ®iÖn tö ®−îc thiÕt kÕ ®Ó nhËn tÝn hiÖu tõ m«i tr−êng truyÒn, xö lý vμ kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu ban ®Çu. + NhiÔu: TÝn hiÖu ngÉu nhiªn kh«ng momg muèn, xen lÉn vμo tÝn hiÖu h÷u Ých, lμm sai d¹ng tÝn hiÖu ban ®Çu. NhiÔu cã thÓ xuÊt hiÖn trong c¶ 3 qu¸ tr×nh ph¸t, truyÒn dÉn vμ thu. Do ®ã viÖc triÖt nhiÔu lμ mét vÊn ®Ò quan träng cÇn ®−îc quan 2 t©m trong hÖ thèng thiÕt bÞ thu ph¸t nh»m n©ng cao chÊt l−îng tÝn hiÖu truyÒn dÉn. 1.1.2 S¬ ®å khèi cña m¸y ph¸t M¸y thu thanh vμ m¸y thu h×nh d©n dông th−êng ®−îc ®æi tÇn 1 lÇn. M¸y thu th«ng tin chuyªn dông ®−îc ®æi tÇn 2 lÇn nh»m t¨ng ®é chän läc vμ lo¹i bá nhiÔu tÇn sè ¶nh. C¸c tÝn hiÖu ban ®Çu (nguyªn thuû) d¹ng t−¬ng tù hay sè ch−a ®iÒu chÕ ®−îc gäi lμ tÝn hiÖu b¨ng gèc (Base Band Signals). TÝn hiÖu b¨ng gèc cã thÓ ®−îc truyÒn trùc tiÕp trong m«i tr−êng truyÒn nh− ®iÖn tho¹i néi bé (Intercom), gi÷a c¸c m¸y tÝnh trong m¹ng LAN... hoÆc truyÒn gi¸n tiÕp b»ng kü thuËt ®iÒu chÕ. + §iÒu chÕ: lμ qu¸ tr×nh biÕn ®æi mét trong c¸c th«ng sè cña sãng mang cao tÇn h×nh sine (biªn ®é, tÇn sè hoÆc pha) tØ lÖ víi tÝn hiÖu b¨ng gèc. Cã ba lo¹i ®iÒu chÕ c¬ b¶n: ®iÒu biªn AM, ®iÒu tÇn FM, ®iÒu pha PM vμ c¸c biÕn thÓ cña chóng (d¹ng t−¬ng tù) nh− SSB, DSB, (d¹ng sè) nh− FSK, PSK, QPSK, MPSK... §iÒu chÕ §æi tÇn Tæng hîp tÇn sè K§CS cao tÇn TÝn hiÖu vμo §iÒu khiÓn sè H×nh 1.2 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y ph¸t + §æi tÇn: (Trén tÇn-Mixer) lμ qu¸ tr×nh dÞch chuyÓn phæ cña tÝn hiÖu ®· ®iÒu chÕ lªn cao (ë m¸y ph¸t) hoÆc xuèng thÊp (ë m¸y thu) mμ kh«ng thay ®æi cÊu tróc phæ (d¹ng tÝn hiÖu) cña nã ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc xö lý tÝn hiÖu. + Tæng hîp tÇn sè: (Frequency Synthesizer) lμ bé t¹o nhiÒu tÇn sè chuÈn cã ®é æn ®Þnh cao tõ mét hoÆc vμi tÇn sè chuÈn cña dao ®éng th¹ch anh. 3 + KhuÕch ®¹i c«ng suÊt cao tÇn: KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®· ®iÒu chÕ ë tÇn sè nμo ®ã ®Õn møc c«ng suÊt cÇn thiÕt, läc, phèi hîp trë kh¸ng víi anten ph¸t. + Anten ph¸t: lμ phÇn tö biÕn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn cao tÇn thμnh sãng ®iÖn tõ bøc x¹ vμo kh«ng gian. 1.1.3 S¬ ®å khèi cña m¸y thu K§CSK§C T §æi tÇn 1 K§T T §æi tÇn 2 K§T T Gi¶i ®iÒu + Anten thu: lμ phÇn tö biÕn ®æi n¨ng l−îng sãng ®iÖn tõ thμnh tÝn hiÖu cao tÇn ë ngâ vμo cña m¸y thu, anten cã tÝnh thuËn nghÞch. + Bé khuÕch ®¹i cao tÇn tÝn hiÖu nhá: (RFAmp) th−êng lμ bé khuÕch ®¹i nhiÔu thÊp LNA (Low Noise Amplifier). Nã khuÕch ®¹i tÝn hiÖu thu ®−îc tõ anten ®Õn møc cÇn thiÕt ®Ó ®æi tÇn xuèng trung tÇn. + Bé khuÕch ®¹i trung tÇn: IF Amp (Intermediate Frequency Amplifier): Bé khuÕch ®¹i cã ®é chän läc cao, hÖ sè khuÕch ®¹i lín ®Ó t¨ng ®iÖn ¸p tÝn hiÖu ®Õn møc cÇn thiÕt cho viÖc gi¶i ®iÒu chÕ. ë nhiÒu m¸y thu hiÖn ®¹i, nh»m t¨ng chÊt l−îng, viÖc ®æi tÇn ®−îc thùc hiÖn 2 lÇn nh− h×nh vÏ. + Gi¶i ®iÒu chÕ: (Demodulation) lμ qu¸ tr×nh kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu ban ®Çu (tÝn hiÖu ®−a vμo ®iÒu chÕ ë m¸y ph¸t) tõ tÝn hiÖu trung tÇn. AGC Tæng hîp tÇn §iÒu khiÓn H×nh 1.3 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu 4 + M¹ch ®iÖn tö th«ng tin liªn quan ®Õn tÇn sè cao: Bé tæng hîp tÇn sè, Bé ®iÒu khiÓn sè, t¶i chän läc tÇn sè kh«ng thuÇn trë, phèi hîp trë kh¸ng, anten, m¹ch xö lý tÝn hiÖu... Ngμy nay, c«ng nghÖ hiÖn ®¹i ®· chuÈn ho¸ vi m¹ch hÇu hÕt phÇn cao tÇn tÝn hiÖu nhá cña m¸y thu vμ m¸y ph¸t. 1.2 Phæ tÇn sè ViÖc ph©n lo¹i phæ tÇn sè ra nhiÒu d¶i tÇn ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông ë m¸y thu: Tªn d¶i tÇn TÇn sè B−íc sãng TÇn sè cùc thÊp (ELF) Extremly Low Frequency (30 - 300) Hz m67 1010 ÷ TÇn sè tiÕng (VF) Voice Frequency (300 - 3000) Hz m56 1010 ÷ TÇn sè rÊt thÊp (VLF) Very Low Frequency (3 - 30)KHz m45 1010 ÷ TÇn sè thÊp (LF) Low Frequency (30 - 300)KHz m34 1010 ÷ TÇn sè trung b×nh (MF) Medium Frequency (300 - 3000)KHz m23 1010 ÷ TÇn sè cao (HF) High Frequency (3 - 30)MHz m12 1010 ÷ TÇn sè rÊt cao (VHF) Very High Frequency (30 - 300)MHz m110÷ TÇn sè cùc cao (UHF) Ultra High Frequency (300 - 3000)MHz m1101 −÷ 5 TÇn sè siªu cao (SHF) Super High Frequency (3 - 30)GHz m21 1010 −− ÷ TÇn sè siªu cùc cao (EHF) Extremly High Frequency (30 - 300)GHz m32 1010 −− ÷ Vïng ¸nh s¸ng Hång ngo¹i (IR) Infrared mμ107,0 ÷ Vïng ¸nh s¸ng thÊy ®−îc The Visible Spectrum (Light) mμ8,04,0 ÷ D¶i tÇn Vi ba (Microwave) cã tÇn sè tõ 1GHz ®Õn 40GHz ®−îc chia lμm nhiÒu d¶i nhá: L Band : (1 - 2) GHz S Band : (2 - 4) GHz C Band : (4 - 8) GHz X Band : (8 - 12) GHz Ku Band : (12 - 18) GHz K Band : (18 - 27) GHz Ka Band : (27 - 40) GHz 1.3 B¨ng th«ng B¨ng th«ng lμ hiÖu gi÷a tÇn sè lín nhÊt vμ tÇn sè nhá nhÊt cña tÝn hiÖu. §ã lμ kho¶ng tÇn sè mμ phæ tÝn hiÖu chiÕm gi÷ hoÆc lμ kho¶ng tÇn sè tÝn hiÖu ®−îc truyÒn tõ m¸y ph¸t ®Õn m¸y thu. Khi tÝn hiÖu ban ®Çu ®−îc ®iÒu chÕ lªn sãng mang cao tÇn, phæ cña tÝn hiÖu cao tÇn ®· ®iÒu chÕ chiÕm gi÷ mét b¨ng th«ng quanh tÇn sè sãng mang. Tuú theo kiÓu ®iÒu chÕ mμ b¨ng th«ng cao tÇn cã ®é réng kh¸c nhau. C¸c kü thuËt viÔn th«ng h−íng ®Õn viÖc gi¶m b¨ng th«ng tÝn hiÖu truyÒn, gi¶m nhiÔu, tiÕt kiÖm phæ tÇn sè. 1.4 C¸c øng dông kü thuËt th«ng tin ®iÖn tö 1.4.1 Th«ng tin mét chiÒu (Simplex) 6 - Ph¸t thanh qu¶ng b¸ AM, FM - TruyÒn h×nh qu¶ng b¸ - TruyÒn h×nh c¸p - Nh¾n tin - §o xa, ®iÒu khiÓn xa - §Þnh vÞ toμn cÇu GPS... 1.4.2 Th«ng tin hai chiÒu (Duplex) - §iÖn tho¹i c«ng céng - §iÖn tho¹i v« tuyÕn di ®éng hoÆc cè ®Þnh - §iÖn tho¹i di ®éng tÕ bμo - Th«ng tin cña c¸c tr¹m mÆt ®Êt th«ng qua vÖ tinh - Th«ng tin hμng kh«ng, th«ng tin vi ba sè - Th«ng tin sè liÖu gi÷a c¸c m¸y vi tÝnh... 1.5 Mét sè kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ cao tÇn 1.5.1 B¸n dÉn c«ng suÊt cao tÇn §Ó cã ®−îc c«ng suÊt lín ë tÇn sè cao, BJT c«ng suÊt cao tÇn ®−îc chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ ®Æc biÖt, nhiÒu tiÕp gi¸p Emitter nh»m t¨ng chu vi dÉn dßng ®iÖn cao tÇn, gi¶m ®iÖn trë cùc Base vμ c¸c ®iÖn dung kÝ sinh. C E B Base Emitter §iÖn trë c©n b»ng H×nh 1.4 CÊu tróc BJT c«ng suÊt cao tÇn Sè tiÕp gi¸p Emitter cã thÓ vμi chôc, vμi tr¨m hoÆc h¬n n÷a. 7 rb Cbc Cbe rbe = Rip E B H×nh 1.5 M¹ch t−¬ng ®−¬ng ngâ vμo BJT c«ng suÊt cao tÇn B¶n chÊt BJT lμ lu«n lu«n tån t¹i c¸c ®iÖn dung mèi nèi ( ) ¶nh h−ëng ®Õn hÖ sè khuÕch ®¹i ë tÇn sè cao, lμm giíi h¹n tÇn sè ho¹t ®éng cña BJT. cecbeb CCC ,, ,, Th«ng th−êng, kiÓu khuÕch ®¹i cao tÇn m¾c E chung cho c«ng suÊt ra lín. Tuy nhiªn ë tÇn sè cao, håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p qua t¨ng, lμm gi¶m hÖ sè khuÕch ®¹i. Tô nμy t¸c ®éng nh− tô Miller t−¬ng ®−¬ng cã gi¸ trÞ lín ë ngâ vμo: trong ®ã A cbC , )1(, VcbMiller ACC += V lμ hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p cña m¹ch. Tõ ®ã, t¹o ra tô t−¬ng ®−¬ng ë ngâ vμo cña BJT c«ng suÊt cao tÇn nh− h×nh 1.6, cã gi¸ trÞ ebMillerin CCC ,+= H×nh 1.6 Tô t−¬ng ®−¬ng ngâ vμo BJT c«ng suÊt cao tÇn CMiller Cbe E B C Cin 8 Do ®ã, trë kh¸ng vμo cña BJT (ZiQ), Av, hÖ sè khuÕch ®¹i dßng Ai, hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt Ap, β ®Òu gi¶m khi tÇn sè t¨ng. BJT thÓ hiÖn qu¸n tÝnh, ®¸p øng vμo - ra kh«ng tøc thêi. Gi÷a dßng Ic vμ Ib cã sù dÞch pha, biªn ®é dßng ra Ic gi¶m. M¾c B chung lμ gi¶i ph¸p tèi −u cña khuÕch ®¹i c«ng suÊt cao tÇn, tuy hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña nã nhá h¬n so víi s¬ ®å m¾c E chung nh−ng ph¹m vi tÇn sè ho¹t ®éng cao h¬n, b¨ng th«ng ®Òu vμ réng h¬n. JFET vμ MOSFET cã cÊu tróc b¸n dÉn kh¸c BJT, chóng cã trë kh¸ng vμo lín, ®iÖn dung tiÕp gi¸p Cgs nhá, ho¹t ®éng tèt ë tÇn sè cao víi c«ng suÊt lín æn ®Þnh h¬n BJT. JFET vμ MOSFET c«ng suÊt cao tÇn ®ang ®−îc dïng rÊt nhiÒu trong c¸c hÖ thèng th«ng tin hiÖn ®¹i nh− tr¹m gèc BTS cña ®iÖn tho¹i di ®éng tÕ bμo, ph¸t thanh, truyÒn h×nh, vi ba, SSPA ( Solid State Power Amp), th«ng tin vÖ tinh... 1.5.2 TruyÒn c«ng suÊt lín nhÊt RS RL XS X ZS VRL a) XL = - XS XL = XS = 1Ω 1 2,2 E = 1V RS = 1Ω PRL RL/RS b) H×nh 1.7 a/ Nguån cung cÊp c«ng suÊt cho t¶i ZL b/ Sù phô thuéc c«ng suÊt t¶i PRL theo RL E 9 C«ng suÊt trªn t¶i: LRLRL RIIVP .. 2== L SLS RL R XXRR EP 2 22 )()( . ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ +++ = 22 2 )()( . XXRR RE P SLS L RL +++= XS, X lμ phÇn kh¸ng cña néi trë nguån vμ t¶i. Khi XS =-X th× c«ng suÊt trªn t¶i lμ 2 2 )( . LS L RL RR REP += Kh¶o s¸t sù biÕn thiªn PRL theo RL b»ng c¸ch lÊy ®¹o hμm, cho b»ng zero. 0 )( ]2).[( 2 2 ' =+ −+= LS LLS RL RR RRRE P Suy ra RS=RL. Khi ®ã c«ng suÊt trªn t¶i lμ cùc ®¹i: SL RL R E R EP 44 22 max == §å thÞ biÕn thiªn PRL theo RL cho ë h×nh 1.7b. VËy trë kh¸ng nguån b»ng trë kh¸ng t¶i RS + jXS = RL - jX hay RS = RL vμ XS =-X Ta nãi cã sù truyÒn c«ng suÊt lín nhÊt ra t¶i. NÕu yªu cÇu truyÒn c«ng suÊt lín nhÊt trong c¶ mét d¶i tÇn sè th× gi¸ trÞ thÝch hîp cho phèi hîp trë kh¸ng kh«ng ph¶n x¹ lμ ZL = ZS hay RS + jXS = RL + jX. Tuy nhiªn hiÖu suÊt sÏ nhá h¬n so víi mét tÇn sè. VÊn ®Ò nμy liªn qua ®Õn sù lùa chän truyÒn tÝn hiÖu trªn d©y truyÒn sãng. 1.5.3 M¹ch ®iÒu h−ëng song song vμ nèi tiÕp (Parallel and Serial Tuned Circuit) M¹ch ®iÒu h−ëng song song: Cho m¹ch L, C song song, trong ®ã r - ®iÖn trë tæn hao cña cuén d©y. Trë kh¸ng t−¬ng ®−¬ng cña m¹ch ®iÒu h−ëng: 10 )( ))(( CL CL eq XXjr jXjXr Z −+ −+= XL=ωL : C¶m kh¸ng cuén d©y. C X c ω 1= : dung kh¸ng cña tô ®iÖn. C L r H×nh 1.8 M¹ch ®iÒu h−ëng song song ω0 Zeq ω 2ω0 3ω0 Req(ω0) H×nh 1.9 §¸p tuyÕn Zeq(ω) Th«ng th−êng r << XL nªn: )( CL CL mch XXjr XX eqZ −+= . T¹i tÇn sè céng h−ëng ω=ω0= LC 1 cã ρωω ===== C L C LXX CL 0 0 1 ρ - trë kh¸ng ®Æc tÝnh. Thay thÕ vμo biÓu thøc tÝnh trë kh¸ng: )( 0 2 )( oo CL omch eqR C QLQQ rr XX eqZ ωω ω ωρρ ====== CLmch X q X q rQ )(Re)(Re 00 ωωρ === . Q lμ hÖ sè phÈm chÊt cña m¹ch céng h−ëng song song. B¨ng th«ng Q foB = ; ω0=2πfo. 11 T¹i tÇn sè céng h−ëng ω=ωo, trë kh¸ng cña m¹ch céng h−ëng song song coi nh− thuÇn trë cã Req(ωo) lín. T¹i tÇn sè lÖch céng h−ëng ω=nωo (n = 2,3,..), trë kh¸ng Zeq(nωo) coi nh− thuÇn kh¸ng rÊt nhá Zeq(nωo)=-jρn/(n2+1)<< Req(ωo). §¸p tuyÕn cña Req(ωo) cã d¹ng nh− h×nh 1.9 VÝ dô: ë h×nh 1.8 cã C = 10pF; Q = 200; fo = 10MHz. TÝnh Req(ωo) vμ r. Gi¶i: Ω=== − kC QeqR oo 318 10.10.10.14.3.2 200 127 )( ωω Ω=== 96,7 200 10.318)(Re 2 3 2 0 Q qr ω 1. GhÐp mét phÇn ®iÖn c¶m m¹ch céng h−ëng: L L2 L1 C Req Ze a b H×nh 1.10 GhÐp mét phÇn ®iÖn c¶m ( ) ( ) 2120210 . ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛== L L r L r LZe ωω ; ; )(Re)(Re.0 00 2 ωω qqPZe ≤=≤ P = L1/L : hÖ sè ghÐp vμo khung céng h−ëng. L = L1+L2 2. GhÐp mét phÇn ®iÖn dung m¹ch céng h−ëng: )(Re.. 11 0 2 2 1 2 0 2 10 ωωω qP C C r C r C Ze =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ = C2 C1 La b Req Ze H×nh 1.11 GhÐp mét phÇn ®iÖn dung 121 21 ; . C CP CC CCC =+= : hÖ sè ghÐp. )(Re0 0ωqZe ≤≤ C¸c biÕn thÓ c¸ch ghÐp m¹ch ®iÒu h−ëng: CB2B CB1B La ZeB2 ZeB1 LB2B LB1B c LB2 LB3 B C a c L ZeB1 12 M¹ch ®iÒu h−ëng ®iÖn tö: thay thÕ tô C trong m¹ch ®iÒu h−ëng song bëi varicap. V CV L C1 CV R+VT a) b) c) H×nh 1.13 a/ KÝ hiÖu Varicap. b/ §Æc tuyÕn Varicap. c/ M¹ch ®iÒu h−ëng ®iÖn tö M¹ch ®iÒu h−ëng song song vμ c¸c biÕn thÓ dïng lμm m¹ch tiÒn chän läc ngá vμo m¸y thu, t¶i chän läc cao tÇn, bé chän läc trung tÇn, dao ®éng, phèi hîp trë kh¸ng v.v.. M¹ch ®iÒu h−ëng nèi tiÕp: Trë kh¸ng t−¬ng ®−¬ng Zeq = r+jx = r+j(ωL-1/ωC) Tæng trë: 22 xrZeq += Gãc pha: ϕ(Zeq) = arctg(x/r) T¹i tÇn sè céng h−ëng nèi tiÕp ω0 cã ω0L = 1/(ω0C) nªn Zeq(ω0) = r. M¹ch ®iÒu h−ëng nèi tiÕp th−êng ®−îc dïng lμm m¹ch läc. 1.5.4. M¹ch phèi hîp trë kh¸ng XÐt m¹ch phèi hîp trë kh¸ng coa tÇn h×nh 1.14 ~ E ZBi ZBLB = ZBiB ~ M¹ch phèi hîp trë E ZBi ZBLB ≠Z Z 13 Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan träng cña m¸y ph¸t, m¸y thu lμ phèi hîp trë kh¸ng cã chän läc tÇn sè gi÷a c¸c tÇng, ®Æc biÖt gi÷a tÇng c«ng suÊt ra cao tÇn víi anten ph¸t hay gi÷a anten thu víi ngâ vμo m¸y thu ®Ó truyÒn c«ng suÊt tÝn hiÖu lín nhÊt vμ lo¹i nhiÔu. C¸c m¹ch phèi hîp trë kh¸ng cã d¹ng LC, biÕn ¸p hay tæ hîp gi÷a chóng. Víi tr−êng hîp a, Zi = ZL cã c«ng suÊt trªn t¶i cùc ®¹i. ë tÇn sè cao (RF) Ýt khi Zi vμ ZL lμ thuÇn trë mμ bao giê còng cã phÇn kh¸ng nμo ®ã. ë tr−êng hîp tæng qu¸t Zi ≠ ZL h×nh b/ cÇn cã m¹ch phèi hîp trë kh¸ng ®Ó truyÒn c«ng suÊt tÝn hiÖu lín nhÊt ra t¶i. VÝ dô nh− cÇn truyÒn c«ng suÊt m¸y ph¸t cao tÇn ra t¶i lμ anten ph¸t. D¹ng phèi hîp trë kh¸ng ®¬n gi¶n nhÊt h×nh Γ gåm cã cuén c¶m L vμ tô ®iÖn C víi c¸c cÊu h×nh kh¸c nhau: ~ E Zi C Nguån RF ZL L ~ E Zi C Nguån RF ZL L a) b) ~ E ZBiB=RBi C R B L L ~ C E L R B L ZBiB=RBi 14 BiÕn ¸p lμ mét trong nh÷ng thμnh phÇn phèi hîp trë kh¸ng thÝch hîp nhÊt. BiÕn ¸p lâi s¾t dïng ë tÇn sè thÊp, dÔ dμng biÕn ®æi trë kh¸ng theo yªu cÇu  tuú vμo tØ sè vßng d©y cuén s¬ cÊp vμ thø cÊp. 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= s p L i n n Z Z hay L i s p Z Z n n = ; np , ns sè vßng cuËn d©y s¬ cÊp vμ thø cÊp. BiÕn ¸p lâi kh«ng khÝ dïng ë tÇn sè cao cã hiÖu suÊt thÊp h¬n biÕn ¸p lâi s¾t tÇn sè thÊp. Mét lâi s¾t tõ ®Æc biÖt h×nh xuyÕn ®−îc chÕ t¹o lμm biÕn ¸p phèi hîp trë kh¸ng ë tÇn sè cao. KiÓu biÕn ¸p tù ngÉu lâi xuyÕn còng ®−îc dïng ®Ó phèi hîp trë kh¸ng gi÷a c¸c tÇng. ~ np ns RL Zi ~ np ns RL Zi a/ gi¶m trë kh¸ng a/ n©ng trë kh¸ng H×nh 1.16 Phèi hîp trë kh¸ng dïng biÕn ¸p tù ngÉu T−¬ng tù nh− biÕn ¸p lâi kh«ng khÝ, biÕn ¸p lâi Ferrite buéc tõ tr−êng t¹o bëi cuén s¬ cÊp tËp trung vμo lâi, nhê ®ã cã mét sè −u ®iÓm quan träng sau: Thø nhÊt lμ lâi Ferrite kh«ng bøc x¹ n¨ng l−îng cao tÇn do ®ã kh«ng cÇn bäc gi¸p, trong khi ë lâi kh«ng khÝ th× ng−îc l¹i v× kh«ng tËp trung ®−îc tõ tr−êng. 15 PhÇn m¹ch m¸y thu, m¸y ph¸t dïng lâi kh«ng khÝ ph¶i bäc kim tr¸nh giao thoa tÝn hiÖu víi phÇn m¹ch kh¸c. Thø hai lμ hÇu hÕt tõ tr−êng t¹o bëi cuén s¬ cÊp ®Òu c¾t qua cuén thø cÊp nªn tû sè vßng d©y cuén s¬ cÊp - thø cÊp, tû sè ®iÖn ¸p vμo - ra hay tû sè trë kh¸ng t−¬ng tù nh− ë biÕn ¸p tÇn sè thÊp. Trong nhiÒu thiÕt kÕ m¹ch t¹o cao tÇn míi, biÕn ¸p lâi xuyÕn ®−îc dïng phèi hîp trë kh¸ng gi÷a c¸c tÇng. §«i khi cuén s¬ vμ thø cÊp cña lo¹i biÕn ¸p nμy ®−îc dïng lμm ®iÖn c¶m cña m¹ch ®iÒu h−ëng. Cuén c¶m lâi xuyÕn dïng ë RF cã −u ®iÓm h¬n lâi kh«ng khÝ v× ®é tõ thÈm cao cña lçi dÉn ®Õn ®iÖn c¶m lín, ®Æc biÖt khi ®−a thªm lâi s¾t vμo th× ®iÖn c¶m t¨ng lät. Víi øng dông trong cao tÇn, ®iÒu ®ã cã nghÜa lμ gi¸ trÞ ®iÖn c¶m sÏ t¨ng nÕu thªm mét sè Ýt vßng d©y mμ kÝch th−íc cuén c¶m vÉn nhá. Vμi vßng d©y cã ®iÖn trë nhá tøc lμ hÖ sè phÈm chÊt Q cña cuén d©y lín h¬n so víi lâi kh«ng khÝ. Cuén d©y lâi xuyÕn tõ thùc sù thay thÕ cuén d©y lâi kh«ng khÝ trong c¸c m¸y ph¸t hiÖn ®¹i. øng dông nhiÒu nhÊt cña nã lμ gi¶m thiÓu sè vßng d©y mμ vÉn cã gi¸ trÞ ®iÖn c¶m lín. BiÕn ¸p lâi xuyÕn tõ cã thÓ ®Êu nèi cho phÐp phèi hîp trë kh¸ng d¶i réng ë cao tÇn. DÊu chÊm chØ pha cña vßng d©y, tû sè vßng d©y biÕn ¸p 1:1 còng lμ tû sè phèi hîp trë kh¸ng. 1: ~ Zi Z L = R L 1:1 ~ Z L = R L H×nh 1.17 BiÕn ¸p Balun kÕt nèi ®èi xøng hay a/ Nguån ®èi xøng, t¶i bÊt ®èi b/ Nguån bÊt ®èi xøng, t¶i ®èi bÊt ®èi xøng t¶i víi nguån cao tÇn. 16 NhiÒu biÕn ¸p balun kh¸c cã tû sè biÕn ®æi trë kh¸ng 9:1; 16:1 cã ®−îc b»ng c¸ch m¾c nèi tiÕp biÕn ¸p balun cã tû sè biÕn ®æi lín. §iÒu chó ý c¸c vßng d©y kh«ng ®−îc g©y nªn céng h−ëng ë tÇn sè lμm viÖc d¶i réng. BiÕn ¸p balun d¶i réng h÷u Ých cho thiÕt kÕ khuÕch ®¹i c«ng suÊt cao tÇn d¶i réng, kh«ng cÇn ph¶i ®iÒu chØnh phøc t¹p phÇn c«ng suÊt cao tÇn, tuy nhiªn läc hμi bËc cao kh«ng ®−îc tèt. Mét gi¶i ph¸p kh¾c phôc lμ thiÕt kÕ phÇn møc c«ng suÊt nhá dïng m¹ch ®iÒu h−ëng lo¹i hμi bËc cao, tÇng c«ng suÊt ra cao tÇn, d¶i réng. Bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt ra cao tÇn cã thÓ ho¹t ®éng ë chÕ ®é A, B, C vμ D (chÕ ®é ®ãng më). Trong nhiÒu tr−êng hîp, Anten n»m trªn cét cao ¸p c¸ch xa m¸y ph¸t, m¸y thu. VÝ dô Anten thu TV, anten m¸y ph¸t thanh - ph¸t h×nh, anten viba v.v. D©y truyÒn sãng nèi gi÷a anten ph¸t víi ngâ ra m¸y ph¸t hoÆc ngâ vμo m¸y thu víi anten thu cã trë kh¸ng b»ng nhau cã c«ng suÊt lín nhÊt. Cã hai lo¹i d©y truyÒn sãng c¬ b¶n: +V 1:4 RA RFC RFin 4:1 4:1 16:1 H×nh 1.19 KhuÕch ®¹i c«ng suÊt cao tÇn chÕ ®é A d¶i réng dïng biÕn ¸p Balun phèi hîp trë kh¸ng. 1:1 ~ ZL = 4Zi ZBiB 1:1 ~ b/ Gi¶m trë kh¸ng tõ Zi sang ZL = H×nh 1.18 BiÕn ¸p Balun phèi hîp t¨ng vμ gi¶m trë kh¸ng a/ T¨ng trë kh¸ng tõ Zi sang ZL = ZBLB = ZBiB/4 ZBiB 17 1. D©y c©n b»ng (balanced line) gåm 2 d©y dÉn song song c¸ch ®iÖn vμ c¸ch nhau mét kho¶ng x¸c ®Þnh cßn gäi lμ d©y song hμnh. Dßng cao tÇn ch¶y trªn mçi d©y nh− nhau so víi ®Êt nh−ng ng−îc chiÒu nhau, kh«ng d©y nμo nèi ®Êt. 2. D©y bÊt c©n b»ng (unbalanced line) gåm 1 d©y dÉn tÝn hiÖu c¸ch ®iÖn víi 1 d©y bäc nèi ®Êt, cßn gäi lμ cable ®ång trôc. VÝ dô: d©y song hμnh TV cã trë kh¸ng 300Ω, ®−îc nèi víi anten thu cã trë kh¸ng 300Ω. C¸p ®ång trôc 50Ω nèi gi÷a ngá ra m¸y ph¸t víi anten ph¸t bÊt ®èi xøng cã trë kh¸ng 50Ω. Th«ng sè c¸p ®ång trôc: Suy hao dB/100m Cable Trë kh¸ng Ω 100MHz 200MH z 400MH z 600MH z 800MHz 1GHz 3CV2 75 19,5 5C2V 75 12,5 RG58V 50 12,3 17,8 26,1 30,1 34,7 43,3 RG58CV 50 15,8 23,5 34,8 38,7 44,6 57,7 RG59V 75 10,4 15,6 23,4 25,4 29,4 38,2 RG59B/ V 75 10,7 16 23,6 26,2 30,2 38,6 PN150A 75 4,2 6,2 8,8 10,8 12,4 13,9 17 Ch−¬ng 2 M¸y ph¸t 2.1 §Þnh nghÜa vμ ph©n lo¹i Mét hÖ thèng th«ng tin bao gåm: m¸y ph¸t, m¸y thu vμ m«i tr−êng truyÒn sãng nh− h×nh 2.1. Trong ®ã m¸y ph¸t lμ mét thiÕt bÞ ph¸t ra tÝn hiÖu d−íi d¹ng sãng ®iÖn tõ ®−îc biÓu diÔn d−íi mét h×nh thøc nμo ®ã. M¸yph¸ t M¸y thu M«i tr−êng TruyÒn sãng H×nh 2.1 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña hÖ thèng thiÕt bÞ thu Sãng ®iÖn tõ gäi lμ sãng mang hay t¶i tin lμm nhiÖm vô chuyÓn t¶i th«ng tin cÇn ph¸t tíi ®iÓm thu. Th«ng tin nμy ®−îc g¾n víi t¶i tin theo mét h×nh thøc ®iÒu chÕ thÝch hîp. M¸y ph¸t ph¶i ph¸t ®i c«ng suÊt ®ñ lín ®Ó cung cÊp tØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu ®ñ lín cho m¸y thu. M¸y ph¸t ph¶i sö dông sù ®iÒu chÕ chÝnh x¸c ®Ó b¶o vÖ c¸c th«ng tin ®−îc ph¸t ®i, kh«ng bÞ biÕn d¹ng qu¸ møc. Ngoμi ra, c¸c tÇn sè ho¹t ®éng cña m¸y ph¸t ®−îc chän c¨n cø vμo c¸c kªnh vμ vïng phñ sãng theo qui ®Þnh cña hiÖp héi th«ng tin quèc tÕ (ITV). C¸c tÇn sè trung t©m cña m¸y ph¸t ph¶i cã ®é æn ®Þnh cao. Do ®ã, chØ tiªu kü thuËt cña m¸y ph¸t lμ: C«ng suÊt ra, tÇn sè lμm viÖc, ®é æn ®Þnh tÇn sè, d¶i tÇn sè ®iÒu chÕ. Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i m¸y ph¸t 2.1 .1 Theo c«ng dông M¸y ph¸t Ph¸t Th«n Ph¸t Ch Ph¸t øn g g g dông Cè ® Di ® Ph¸t thanh Ph¸t h×nh §o kh c¸ch Ra ®a Þnh éng H×nh 2.2 Ph©n lo¹i m¸y ph¸t theo c«ng dông 18 2.1.2 Theo tÇn sè + Ph¸t thanh: + 3KHz 30KHz (100Km 10Km): ®μi ph¸t sãng cùc dμi VLW ÷ ÷ + 30KHz÷300KHz (10Km ÷1Km): ®μi ph¸t sãng dμi LW + 300KHz 3000KHz (1Km ÷ ÷100m): ®μi ph¸t sãng trung MW + 3MHz 30MHz (100m 10m): ®μi ph¸t sãng ng¾n SW ÷ ÷ + Ph¸t h×nh: + 30MHz÷300MHz (10m ÷1m): ®μi ph¸t sãng mÐt + 300MHz 3000MHz (1m ÷ ÷0,1m): ®μi ph¸t sãng dm + Th«ng tin Vi ba vμ Ra®a: + 3GHz 30GHz (0,1m 0,01m): ®μi ph¸t sãng cm ÷ ÷ + 30GHz÷300GHz (0,01m ÷0,001m): ®μi ph¸t sãng mm 2.1.3 Theo ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ + M¸y ph¸t ®iÒu biªn (AM) + M¸y ph¸t ®¬n biªn (SSB) + M¸y ph¸t ®iÒu tÇn (FM) vμ m¸y ph¸t ®iÒu tÇn ©m thanh næi (FM Stereo) + M¸y ph¸t ®iÒu xung (PM) + M¸y ph¸t kho¸ dÞch biªn ®é ASK, QAM + M¸y ph¸t kho¸ dÞch pha PSK, QPSK + M¸y ph¸t kho¸ dÞch tÇn FSK... 2.1.4 Theo c«ng suÊt + M¸y ph¸t c«ng suÊt nhá Pra <100W + M¸y ph¸t c«ng suÊt trung b×nh 100W < Pra < 10KW + M¸y ph¸t c«ng suÊt lín 10KW < Pra < 1000KW + M¸y ph¸t c«ng suÊt cùc lín Pra > 1000KW Ngμy nay, trong c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt nhá vμ trung b×nh ng−êi ta cã thÓ sö dông hoμn toμn b»ng BJT, FET, MOSFET c«ng suÊt, cßn trong c¸c m¸y 19 ph¸t cã c«ng suÊt lín vμ cùc lín ng−êi ta th−êng sö dông c¸c lo¹i ®Ìn ®iÖn tö ®Æc biÖt. 2.2 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña c¸c lo¹i m¸y ph¸t 2.2.1 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y ph¸t ®iÒu biªn (AM) TiÒn K§ ©m tÇn K§CS¢ T K§CSC T M¹ch ra TBÞ an toμn &lμ Khèi chñ sãng TiÒn K§ Cao tÇn Nguån Cung H×nh 2.3 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y ph¸t ®iÒu biªn + TiÒn khuÕch ®¹i ©m tÇn: Cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p tÝn hiÖu vμo ®Õn møc cÇn thiÕt ®Ó ®−a vμo tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt ©m tÇn (K§CS¢T). V× ®èi víi m¸y ph¸t AM th× biªn ®é ®iÖn ¸p ©m tÇn yªu cÇu lín ®Ó cã ®é ®iÒu chÕ s©u (m lín) nªn tÇng nμy th−êng cã tÇng khuÕch ®¹i micro vμ khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p møc cao. + KhuÕch ®¹i c«ng suÊt ©m tÇn (K§CS¢T): cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®Õn møc ®ñ lín ®Ó tiÕn hμnh ®iÒu chÕ tÝn hiÖu cao tÇn. + Khèi chñ sãng (Dao ®éng): cã nhiÖm vô t¹o ra dao ®éng cao tÇn (sãng mang) cã biªn ®é vμ tÇn sè æn ®Þnh, cã tÇm biÕn ®æi tÇn sè réng. Muèn vËy, ta cã thÓ dïng m¹ch dao ®éng LC kÕt hîp víi m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè (AFC) + Khèi tiÒn khuÕch ®¹i cao tÇn (TK§CT): cã thÓ ®−îc dïng ®Ó nh©n tÇn sè hoÆc khuÕch ®¹i dao ®éng cao tÇn ®Õn møc cÇn thiÕt ®Ó kÝch thÝch cho tÇn c«ng suÊt lμm viÖc. Nã cßn cã nhiÖm vô ®Öm, lμm gi¶m ¶nh h−ëng cña c¸c tÇng sau 20 ®Õn ®é æn ®Þnh tÇn sè cña khèi chñ sãng. V× vËy, nã cã thÓ cã nhiÒu tÇng: tÇng ®Öm, tÇng nh©n tÇn vμ tÇng tiÒn khuÕch ®¹i c«ng suÊt cao tÇn (TK§CSCT) + Khèi khuÕch ®¹i c«ng suÊt cao tÇn (K§CSCT): cã nhiÖm vô t¹o ra c«ng suÊt cÇn thiÕt theo yªu cÇu c«ng suÊt ra cña m¸y ph¸t. C«ng suÊt ra yªu cÇu cμng lín th× sè tÇng khuÕch ®¹i trong khèi K§CSCT cμng nhiÒu. + M¹ch ra ®Ó phèi hîp trë kh¸ng gi÷a tÇng K§CSCT cuèi cïng vμ anten ®Ó cã c«ng suÊt ra tèi −u. + Anten ®Ó bøc x¹ n¨ng l−îng cao tÇn cña m¸y ph¸t thμnh sãng ®iÖn tõ truyÒn ®i trong kh«ng gian. + Nguån cung cÊp ®iÖn ¸p ph¶i cã c«ng suÊt lín ®Ó cung cÊp cho Transistor hoÆc ®Ìn ®iÖn tö c«ng suÈt. + Ngoμi ra, m¸y ph¸t ph¶i cã thiÕt bÞ an toμn vμ thiÕt bÞ lμm nguéi. 2.2.2 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y ph¸t ®¬n biªn (SSB) ThiÕt bÞ ®Çu vμo Bé ®iÒu chÕ®¬n Bé ®æi tÇn K§¹i d®éng ®chÕ Bé läc 1 HTDD tÇng ra Bé läc 2 Bé tæng hîp tÇn sè Suy gi¶m Nguån cung cÊp TB an toμn & lμm H×nh 2.4 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y ph¸t ®¬n biªn Bé kÝch thÝch ®¬n biªn f1 f2 Ngoμi c¸c yªu cÇu kü thuËt chung cña m¸y ph¸t, m¸y ph¸t ®¬n biªn (SSB) cßn ph¶i cã thªm mét sè chØ tiªu kü thuËt sau ®©y: - Møc mÐo phi tuyÕn - 35 dB - BÒ réng mçi kªnh tho¹i vμ tæng sè kªnh tho¹i - TÇn sè lμm viÖc: 1MHz - 30 MHz ViÖc x©y dùng s¬ ®å khèi cña m¸y ph¸t ®¬n biªn cã mét sè ®Æc ®iÓm riªng so víi m¸y ph¸t ®iÒu biªn (AM). ë ®©y c¸c bé ®iÒu biªn c©n b»ng vμ bé läc d¶i 21 hÑp ®−îc sö dông ®Ó t¹o nªn tÝn hiÖu ®¬n biªn, nh−ng c«ng suÊt bÞ h¹n chÕ chØ vμi mW. NÕu sãng mang ë d¶i tÇn sè cao (sãng trung vμ sãng ng¾n) th× kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc bé läc víi c¸c yªu cÇu cÇn thiÕt (d¶i th«ng hÑp, s−ên dèc ®øng..) v× vËy sÏ xuÊt hiÖn nhiÔu xuyªn t©m gi÷a c¸c kªnh, lμm gi¶m tû sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu. V× vËy, ®èi víi m¸y ph¸t ®¬n biªn th× tÇn sè sãng mang c¬ b¶n ®Ó t¹o ®¬n biªn ë kho¶ng tÇn sè trung gian: ( =100KHz-500KHz). Do ®ã, s¬ ®å cÊu tróc cña m¸y ®¬n biªn gåm mét bé t¹o tÝn hiÖu ®¬n biªn ë tÇn sè trung gian (100-500)KHz sau ®ã nhê mét vμi bé ®æi tÇn ®Ó chuyÓn ®Õn ph¹m vi tÇn sè lμm viÖc ( =1MHz-30MHz) råi nhê bé khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh ®Ó khuÕch ®¹i ®Õn mét c«ng suÊt cÇn thiÕt. 1f 1f + ThiÕt bÞ ®Çu vμo: th−êng lμm nhiÖm vô khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ©m tÇn nÕu tÝn hiÖu nμy cßn bÐ hoÆc h¹n chÕ tÝn hiÖu ©m tÇn nÕu tÝn hiÖu nμy qu¸ lín. + Bé ®iÒu chÕ ®¬n biªn (B§C§B): trong c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt lín B§C§B th−êng ®−îc x©y dùng theo ph−¬ng ph¸p läc tæng hîp. Trong c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt nhá, yªu cÇu kü thuËt kh«ng cao nªn ®«i khi cã thÓ sö dông bé ®iÒu chÕ ®¬n biªn theo ph−¬ng ph¸p läc - quay pha. Khi ®ã viÖc ®iÒu chÕ tÝn hiÖu ®¬n biªn cã thÓ ®−îc thùc hiÖn ngay ë tÇn sè lμm viÖc nªn kh«ng cÇn cã bé ®æi tÇn vμ bé läc 1. + Bé tæng hîp tÇn sè cña m¸y ph¸t ®¬n biªn: