Tài liệu Đồ án kỹ thuật phát truyền hình

Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠ KHÍ –ĐIỆN-ĐIỆN TỬ - Ô TÔ ------------------ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chuyên ngành: Điện - Điện tử. Khoá: 2015-2019 Giảng viên hướng dẫn: ThS.Hoàng Hải Sơn Sinh viên thực hiện: Phù Minh Dương Đỗ Thanh Hiếu Nguyễn Văn Lượm Tên đồ án: Kỹ thuật phát truyền hình Nội dung đồ án: Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Cơ sở lý thuyết thu phát FM Chương 3: Thiết kế và thi công Chương 4: Tổng kết Kết quả đạt được: ................................................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Ngày bắt đầu: 9/7/2018 Xác nhận của Khoa Ngày kết thúc: 17/9/2018 TP.HCM, ngày… tháng… năm 2018 Giảng viên hướng dẫn 1 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM ThS.Hoàng Hải Sơn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠ KHÍ - ĐIỆN-ĐIỆN TỬ - Ô TÔ ---------------NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Điểm báo cáo: ............................... Điểm phản biện: ........................... Điểm mô hình: .............................. Tp.HCM, ngày…tháng…năm 2018 Giảng viên hướng dẫn ThS. Hoàng Hải Sơn 2 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM LỜI CÁM ƠN  Trong suốt quá trình theo học tại trường Đại Học Nguyễn Tất Thành, với sự giúp đỡ của quí thầy cô và giáo viên hướng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đồ án, nên đồ án đã được hoàn thành đúng thời gian qui định. Em xin chân thành cảm ơn đến: Bộ môn Điện-Điện tử cùng tất cả quí thầy, cô trong khoa Điện đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt đồ án và đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất môn đồ án này. Đặc biệt, ThS. Hoàng Hải Sơn – giáo viên hướng dẫn đồ án đã nhiệt tình giúp đỡ và cho em những lời chỉ dạy quý báu, giúp em định hướng tốt trong khi thực hiện đồ án. Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm đồ án môn học. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 3 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐIỀU CHẾ MẠCH THU PHÁT FM 2.1 Điều chế tần số 2.2 Đặc điểm và ứng dụng FM 2.3 Ưu điểm và khuyết điểm 2.4 Máy phát FM 2.4.1 Sơ đồ khối 2.4.2 Nguyên lý của sơ đồ khối 2.5 Máy thu FM 2.5.1 Sơ đồ khối 2.5.2 Nguyên lý của sơ đồ khối CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ PHÁT VÀ THU THANH TRÊN SÓNG AM 3.1 Khái niệm về tín hệu âm tân Audio 3.2 Khái niệm về tín hiệu cao tần và sóng điện từ 3.3 Quá trình điều chế AM ( Amplitude Moducation : Điều chế biên độ ) 3.4 Quá trình phát tín hiệu ở đài phát 3.5 Ưu điểm nhược điểm AM CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4.1 Linh kiện 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy phát 4.3 Nguyên lý hoạt động 4.4 Tính toán CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Ngành Điện tử Viễn thông là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho sự phát triển của một quốc gia. Sự phát triển nhanh chóng 4 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM của Khoa học – Công nghệ làm cho ngành Điện tử Viễn thông ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới. Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử Viễn thông phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm đa tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao… Trong truyền dẫn vô tuyến ,để đưa tín hiệu có tần số thấp như âm thanh tiếng nói đi xa cần có những kỹ thuật điều chế để đưa lên tần số cao, ở nơi thu sẽ giải điều chế để thu được tín hiệu âm tần mong muốn, gồm điều chế tương tự và điều chế số. Phương pháp điều chế tương tự gồm điều biên (AM) và điều chế góc (PM va FM). Mỗi phương pháp có ưu , nhược điểm riêng và được dùng tùy vào ứng dụng cụ thể. Hệ thống thu phát đổi tần được dùng rộng rãi trong phát thanh radio FM dãi tần 88-108MHZ , 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 mạch phát , thu FM cũng phức tạp hơn AM va do đó giá thanh cũng cao hơn. Ứng dụng FM dân dụng được dùng phổ biến trong các Micro không dây. Đề tài mạch thu phát FM này ,mạch phát ở một tần số trong dãy tần radio FM và mạch thu để thu lai tín hiệu đã phát ra. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để bài báo cáo được hoàn chỉnh hơn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐIỀU CHẾ MẠCH THU PHÁT FM 5 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM 2.1 Điều chế tần số FM Amaplifier Informated Channel Amplifier Demodulator Modulator Signal Informated Signal Transmitter Receiver SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THU PHÁT  Định nghĩa: Nếu ghi tín hiệu điều chế vào tần số sóng mang thì tần số sóng mang thay đổi theo quy luật tin tức. Ta có điều chế tần số. Hình 2.1  Điều chế dùng mạch điện VCO: Hình 2.2 6 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM Phương pháp điều chế tần số trực tiếp đơn giản nhất là làm thay đổi tần số dao động. Có thể dùng một micro điện dung thay đổi theo điện áp đưa vào, dùng diode biến dung. Sư dụng vi mạch VOC, hoặc điều tần dựa trên tụ điện ký sinh ở tiếp xúc transistors thay đổi theo điện áp phân cực… Phương pháp điều chế FM ở đây được thực hiện dựa trên nguyên tắc điều chế FM trực tiếp dùng varicap làm thay đổi tần số dao động (tương tự VOC) và tần số ngõ ra nằm trong dây tần FM radio.  Biểu thức:  Tần số tức thời do VOC tạo ra xác định bởi: f(t) = f c+ as(t)  Biểu thức pha tức thời của tín hiệu:  Pha tức thời của FM:  Biểu thức FM: 7 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM  Dạng sóng: Hình 2.3 2.2 Đặc điểm và ứng dụng FM • Đặc điểm : - Tín hiệu phát thay đổi thành phần tần số tỉ lệ với biên dộ và tần số của tín hiệu truyền đi • Ứng dụng: - Phát thanh quảng bá phi thương mại 88-90Mhz - Phát thanh thương mại 88-108Mhz - Truyền hình Audio, các dịch vụ thông tin công cộng 2.3 Ưu điểm và khuyết điểm thu phát FM • Ưu điểm: - Có nhiều ưu điểm về tần số, dải tần âm thanh sau khi tách sóng có chất lượng tốt - Khó bị ảnh hưởng của nhiễu - Sử dụng hiệu quả năng lượng • Khuyết điểm: 8 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM - Tín hiệu được điều chế theo yêu cầu băng thông rộng hơn nhiều tín hiệu truyền đi ban đầu (dữ liệu) - Hiện thực mạch điều chế và dải điều chế phức tạp hơn so với phương pháp điều biên - Truyền trong cự ly ngắn 2.4 Máy phát FM 2.4.1 Sơ đồ khối 2.4.2 Nguyên lý của sơ đồ khối - Tín hiệu được đưa vào tiền khuếch đại âm tần: Tần này có nhiệm vụ khếch đại điện áp tín hiệu vào đến mức cần thiết để đưa vào tầng điện kháng để điều chế FM. Đối với máy phát điều tần yêu cầu tín hiệu âm tần điều chế không lớn lắm, nên tín hiệu âm tần từ micro chỉ qua bộ tiền khuếch đại. - Tín hiệu thu được từ tiền khuếch đại âm tần được đưa vào tần điện kháng: Tầng này sử dụng các phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm tần thành điện kháng thay đổi (dung kháng hoặc cảm kháng biến thiên) để thực hiện việc điều chế FM. Phần tử điện kháng có thể là transistor điện kháng, đèn điện kháng hoặc varicap (điện ding biến đổi theo điện áp đặt vò varicap). 9 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM - Tín hiệu thu được từ tầng điện kháng được đưa vào tầng nhân tần: Tín hiệu điều chế tần số làm việc cao hơn nhiều so với tín hiệu điều biên nên - Trong phần tiền khuếch đại cao tần. Do dùng nhiều tầng nhân tần nêm độ di tần thường lớn hơn (delta f=+-75kHz), vì vậy độ ổn định tần số trong máy phát điều tần cũng yêu cầu cao hơn (10^-5 đến 10^-8), nên hệ thống AFC thường có cấu tạo phức tạp. - Mạch ra: Phối hợp với trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuồi cùng để tạo ra anten. - Nguồn cung cấp: Điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho transistor hoặc đèn điện tử công suất. - Thiết bị an toàn và làm nguội: • Thiết bị an toàn bao gồm các thiết bị đóng, mở bảo vệ, kiểm tra các chế độ làm việc của máy phát • Thiết bị làm nguội cho các transistor công suất (các phiến tỏa nhiệt), và làm nguội cho các đèn điện tử công suất (thiết bị thổi không khí, quạt, bơm nước,…) - Khối chủ sóng: Tạo dao động cao tần (sóng mang), có biên độ và tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng. Dùng mạch do động LC kết hợp với mạch điều chỉnh tần số AFC. 2.5 Máy thu FM 2.5.1 Sơ đồ khối 2.5.2 Nguyên lý của sơ đồ khối Tín hiệu ban đầu thu được từ anten được đưa vào bộ Lọc băng thông để lấy tín hiệu muốn thu vào và hạn chế nhiễu. Sau đó tín hiệu thu được, được đưa 10 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM vào bộ khuếch đại cao tần để khuếch đại tin hiệu. Tín hiệu sau khi khuếch đại qua bộ giải điều chế để tách sóng, loại bỏ sóng mang và tái lập lại tin tức ban đầu. Tín hiệu thu được từ bộ giải điều chế được đưa vào bộ khuếch đại công suất âm tần để khuếch đại tín hiệu âm tần. Sau đó đưa vào thiết bị cuối. 11 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ PHÁT VÀ THU THANH TRÊN SÓNG AM 3.1 Khái niệm về tín hệu âm tân Audio Tín hiệu âm tân là tin 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. 3.2 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 khoảng 16MHz với các sóng điều chế AM, và từ 76MHz đến 130MHz với các sóng điều chế FM. 12 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM 3.3 Quá trình điều chế AM ( Amplitude Moducation : Điều chế biên độ ) Tín hiệu vào và ra của mạch điều chế AM Tín hiệu âm tần có thể lấy từ Micro sau đó khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần, hoặc có thể lấy từ các thiết bị khác như đài Cassette, Đầu đĩa CD .. Tín hiệu cao tần được tạo bởi mạch tạo dao động, tần số cao tần là tần số theo quy định của đài phát. Tín hiệu đầu ra là sóng mang có tần số bằng tần số cao tần, có biên độ thay đổi theo tín hiệu âm tần. 3.4 Quá trình phát tín hiệu ở đài phát 13 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM Quá trình phát sóng Radio AM Tín hiệu sau khi điều chế thành sóng mang được khuếch đại lên công xuất hàng ngàn Wat sau đó được truyền ra Anten phát . Sóng điện từ phát ra từ Anten truyền đi trong không gian bằng vận tốc của ánh sáng, sóng AM có thể truyền đi rất xa hàng ngàn Km và chúng truyền theo đường thẳng, và cũng có các tính chất phản xạ, khúc xạ như ánh sáng. 3.5 Ưu điểm nhược điểm AM Ưu điểm: của sóng AM là có thể truyền đi xa tới hàng ngìn Km. Nhược điểm: của sóng AM là dễ bị nhiễu, dải tần âm thanh bị cắt sén do đặc điểm của mạch tách sóng điều biên, do đó chất lượng âm thanh bị hạn chế. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4.1 Linh kiện R1=5.6K; R2=R4=1K; R3=0.1Uh; R5=220 Ohm; C1=1nf; C2=39p; C3=5p; C4=474; Hình 4.1 _2N3904 là một bóng bán dẫn NPN có mục đích chung tốt cho việc khuếch đại và chuyển đổi công suất thấp. 14 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM Điện áp thu-phát 40V Điện áp cơ sở thu 60V Dòng thu 200mA Đọc hiểu thêm 2N3904 là một bóng bán dẫn NPN có mục đích chung rẻ tiền tốt cho việc khuếch đại và chuyển đổi công suất thấp và phải là một phần của mọi bộ phận. Chúng có thể rất tiện lợi khi bạn cần tăng đầu ra của chân uC để lái thứ gì đó mà nó không thể lái trực tiếp. Các bóng bán dẫn NPN thường được sử dụng trong các ứng dụng chuyển mạch phía thấp, nơi chúng được kết nối giữa tải và mặt đất. Đây là một mạch ví dụ đơn giản. Chúng tôi có một đèn LED mà chúng tôi muốn lái xe. Chỉ báo bao gồm 3 đèn LED, mỗi đèn hút 20mA dòng điện. Một chân uC có thể dễ dàng điều khiển một đèn LED ở 20mA, nhưng mạch này sẽ yêu cầu 60mA nằm ngoài phạm vi của khả năng điều khiển uC điển hình. Bạn có thể sử dụng 3 chân trên uC để lái 3 đèn LED, nhưng điều đó thật lãng phí cho các chân trừ khi bạn có chân để dự phòng. Mạch đơn giản này cho phép bạn điều khiển 3 đèn Led ra khỏi cùng một chân uC 15 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM Hình 4.2 Điện trở 4,7K trên đế có để hạn chế dòng điện ra khỏi chân uC ở mức an toàn và giá trị không quá quan trọng. 1K hoặc 10K cũng sẽ hoạt động. Điện trở 50 ohm đặt dòng điện chung cho 3 đèn LED. Giá trị này có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào loại đèn LED nào đang được sử dụng. Ví dụ giả sử điện áp LED giảm 2V, do đó R = (5V - Vled) / 60mA = 50 ohms. Công suất thông qua điện trở đó là P = 60mA * 3V = 180mW nên điện trở 1 / 4W sẽ hoạt động, mặc dù 1 / 2W sẽ là lựa chọn tốt hơn để sử dụng lâu dài. Sử dụng song song hai điện trở 100 ohm 1 / 4W sẽ là một cách tiếp cận khác. Nếu chúng ta cần một transistor NPN mạnh hơn, PN222 có thể hỗ trợ tới 600mA bóng bán dẫn TIP120 Darlington có thể xử lý lên đến 5A. 16 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM Hình 4.3 + Mic SG 6x6mm là loại cảm biến âm thanh dạng điện dung . + Điện áp hoạt động 3-10V + Độ nhạy -44 ±2 dB Ứng dụng : + Mạch bật tắt thiết bị bằng âm thanh + Lấy tín hiệu ra đưa vào để điều khiển thiết bị khác... Hình 4.4: Ổ cắm âm thanh stereo 3.5mm 17 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM Hình 4.5: Anten không dây 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy phát 18 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM 4.3 Nguyên lý hoạt động - Mạch phát đơn giản sử dụng 1 transistor vừa làm nhiệm vụ dao động vừa làm nhiệm vụ khuếch đại. Không có các khối tiền khuếch đại. Các transistor có thể sử dụng trong mạch là các transistor ca tần như 2N222, 2N3904,S9018, C828… - Tín hiệu đưa vào mạch phát có thể là tín hiệu âm thanh từ máy phát nhạc hoặc tín hiệu từ electet microphone, qua phonejack audio output đến chân B của transistor. - Tín hiệu thay đổi theo tín hiệu âm tần đưa vào, tín hiệu cao tần từ cực C qua tụ lọc đến anten để bức xạ. - C2 và C1 là các tụ lọc nguồn, C1và C8 là các tụ nối cho tín hiệu âm tần và cao tần đi qua. - Anten bức xạ có thể sử dụng là một sợ dây dẫn dài khoảng 1m. - Mạch đơn linh kiện sai số không có linh kiện đúng như thiết kế nên có nhiều các tần số hài phát quanh tần số chính. - Cuộn dây R3 có thể tự quấn bằng dây đồng cở 0.6mm khoảng 6 vòng dây, lõi không khí. 4.4 Tính toán -Công suát phát: P=Ic*Vce -Tần số phát: Mạch dao động colpitt, tần số phát được tính theo công thức: f=1/2pi*spr(LC) (**) 19 Kỹ thuật phát thanh truyền hình Thu phát FM 4.5 Sơ đồ mạch in CHƯƠNG 4:TỔNG KẾT Qua qua trình tiến hành làm đồ án giúp em nắm vũng sơ dồ nguyên lý, nguyên tắc hoạt động, củng cố lại những kiến thức được học trước ở các môn học:Linh kiện điện tử, Mạch điện, Mạch tương tự kỹ thuật xung,... 20