ETAPAS DEL PROYECTO DE INVERSIÓN

Tại máy phát nơi xảy ra quá trình điều chế phải có mạch điện để xác định máy phát mức cao hay mức thấp. Đối với máy phát mức thấp yêu cầu đặt ra là phần trăm điều chế phải cao.

Đối với máy phát mức cao sự điều chế được thay cho phần sau của tầng cuối, nơi có biên độ sóng mang đạt giá trị cực đại.Vì vậy yêu cầu biên độ tín hiệu phải lớn hơn để đạt được phần trăm điều chế tối đa.với điều chế mức cao tín hiệu sau điều chế phải được khuếch đại công suất tất cả các dải biên. Công suất dải biên phải lớn hơn 33% tổng công suất phát

Mạch điều chế AM mức thấp

Một tín hiệu nhỏ được khuếch đại loại A được biểu diễn như hình 4.4a có thể được sử dụng để điều chế biên độ

Hình 3.13 a, Mạch điều biên cực E dùng một transistor b, Dạng sóng ngõ ra của mạch

mạch khuếch đại ở trên có hai ngõ vào. Ngõ vào thứ nhất là tín hiệu sóng mang, ngõ vào thứ hai là tín hiệu tin tức. Khi không có tín hiệu tin tức thì mạch hoạt động như mạch khuếch đại loại A ngõ ra là tín hiệu sóng mang đã được khuếch đại bởi độ lợi áp tĩnh.

Tuy nhiên khi đặt tín hiệu vào mạch, mạch khuếch đại hoạt động không tuyến tính và xảy ra quá trình nhân tần số tín hiệu .Tín hiệu sóng mang được đưa vào cực B của transistor tín hiệu điều chế được đưa vào cực E tín hiệu điều chế thay đổi theo độ lợi của mạch khếch đại dưới dạng hình sin và bằng tần số ban đầu của tín hiệu điều chế.

Độ lợi áp của mạch điều hợp cực phát được minh họa bởi biểu thức sau: Av = Aq (1 + m.Sin2πfm.t) (3.1)

Av là hệsố khuếch đại áp khi có tín hiệu điều chế.

Aq là hệ số khuếch đại áp tĩnh (không có tín hiệu điều chế)

Sin2πfmt thay đổi từ giá trị cực đại +1 đến giá trị cực tiểu -1 cho nên (3.1) có thể được viết như sau:

Av = Aq (1 ± m)

Trong đó: m là hệ số điều chế, khi điều biến 100% thì m =1.

Trong mạch điều chế trên tín hiệu tin tức được đưa vào thông qua biến áp T₁ sóng mang vc được đưa vào cực B Tín hiệu điều chế sẽ điều khiển mạch trên hoạt động ở hai trạng thái dẫn bão hoà và ngưng dẫn. Cho nên, cần thiết phải tạo ra sự khuếch đại phi tuyến khi xảy ra quá trình điều chế. Tụ điện C2 có nhiệm vụ là di chuyển tần số tín hiệu điều chế từ dạng sóng AM ra. Vì vậy sinh ra bao hình AM đối xứng tại Vout

Với mạch điều hợp cực E, biên độ tín hiệu ngõ ra phụ thuộc vào tín hiệu sóng mang ngõ vào và độ lợi áp của mạch khuếch đại. Hệ số điều chế hoàn toàn phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu điều chế. Những nhược điểm chính của mạch điều hợp cực phát là mạch hoạt động ở chế độ A, mà ở chế độ này thì hệ số khuếch đại không cao. Mạch điều hợp cực phát cũng có nhược điểm là tiêu thụ công suất lớn ở dạng sóng ngõ ra.

Mạch điều biên AM công suất trung bình:

Máy phát AM công suất trung bình và cao bị hạn chế bởi việc sử dụng đèn chân không, đó là những linh kiện thụ động. Tuy nhiên kể từ giữa năm 1970, máy phát sử dụng linh kiện bán dẫn được đưa vào sử dụng, từ đó công suất ra được nâng cao đến hàng ngàn Watts. Những thiết bị này dần dần được cải tiến bằng cách thay thế những mạch khuếch đại công suất song song với việc phối hợp pha của tín hiệu ngõ ra.

Hình 3.14 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều chế AM công suất trung bình dùng 1 transistor. Quá trình điều chế được thực hiện tại cực thu là thành phần tín hiệu ra của transistor.

a,

b,

Hình 3.14 a, mạch điều chế AM công suất trung bình b,Dạng tín hiệu điều chế khi chưa có tin tức.

Như vậy, nếu đây là tầng làm việc cuối cùng của máy phát thì đó là điều biến mức cao (không có sự khuếch đại công suất điều chế và Anten). Để mạch làm việc có hiệu quả, đạt công suất cao. Mạch điều chếAM công suất trung bình và cao thưòng hoạt động ở chế độ C. Do đó công suất thực tế của mạch có thể đạt hơn 80%. Sơ đồ mạch điện 3.14 là mạch khuếch đại chế độ C với hai ngõ vào: Ngõ vào sóng mang (Vc) và ngõ vào tín hiệu điều chế đơn tần (Vm).

Vì transistor phân cực ở chế độ C nên hoạt động không tuyến tính và có khả năng mạch cũng trộn không tuyến tính. Mạch này được gọi là mạch điều hợp cực thu (C)

bởi tín hiệu điều chế được đưa trực tiếp vào cực thu C. RFC là cuộn cản tần số sóng vô tuyến, nó hoạt động như sau: Hở mạch đối với thành phần DC đồng thời ngắn mạch đối với tần số RF.

Cho nên, RFC ngăn cách nguồn cung cấp DC giữa sóng mang cao tần với tần số biên, trong khi đó vẫn cho phép tín hiệu tần số thấp điều chế tại cực thu của Q1. Hoạt động của mạch điện như sau:

Hình 3.14c Dạng tín hiệu sau điều chế

Khi biên độ của sóng mang lớn hơn 0.7 v với transistor silic Q1 dẫn sinh ra dòng cực C I_c .Khi điện áp sóng mang nhỏ hơn 0.7 v thì đồng nghĩa với không có dòng cực C Q₁ ngừng dẫn.Trạng thái dẫn và ngừng dẫn của Q₁ được điều khiển bởi sóng mang mặt khác dòng cực C luôn nhỏ hơn 180° chu kỳ sóng mang và hoạt động ở chế độC. Dạng sóng điện áp cực C lặp lại giống như 1/2 dạng sóng của tín hiệu chỉnh lưu với tần số cơ bản bằng fc. Khi tín hiệu được đưa vào cực C một cách liên tục với nguồn cung cấp DC âm và dương (±Vcc) thì dạng sóng thu được sẽ tạo ra sóng điều chế với biên độ cực đại Vcc

Bởi vì, Q1hoạt động không tuyến tính, nên dạng sóng ở cực C của Q1chứa hai tần số ngõ vào ban đầu( fc và fm) tổng và hiệu tần số của chúng là fc ±fm. Vì dạng sóng ngõ ra cũng chứa những hàm điều hoà tần số cao hơn và những thành phần biến điệu tương hổ được giới hạn lại fm = fc trước khi phát đi. Một mạch điện thực

tế hơn phát công suất trung bình, tín hiệu điều chế AM DSB-TC được vẽ trên hình 3.14a và đặc tuyến dạng sóng vẽ trên hình 3.14b. mạch điện này cũng là mạch điều hợp cực C với biên độ đỉnh cực đại của tín hiệu điều chế V_m(max)= V_cc

Hình 3.15 Mạch điều chế AM DSB-TC a, Sơ đồ nguyên lý

Hoạt động của mạch cũng tương tự như mạch đơn biên hình 3.14a ngoại trừ có thêm mạch cộng hưởng L₁C₁ tại cực thu của Q1. Bởi vì transistor hoạt động ở trạng thái bão hoà và ngưng dẫn, dòng cực thu không phụ thuộc vào điện áp điều khiển ở cực nền B. Điện áp của mạch tăng lên thông qua mạch cộng hưởng được xác định bởi thành phần AC của dòng cực thu, gây nên tính chất trễ của mạch cộng hưởng tại tần số cộng hưởng. Với sự phụ thuộc vào chất lượng của cuộn dây, dạng sóng của tínhiệu sóng mang đã được điều chế và dòng cực thu cũng giống như ở phần trước. Điện áp ra là tín hiệu AM DSB-TC đối xứng với điện áp trung bình là 0V, biên độ đỉnh cực dại dương là 2Vcc, biên độ đỉnh âm cực tiểu là -2Vcc. Bán kì dương của sóng ra đươc tạo ra trong mạch cộng huởng bởi hiệu ứng “Flywheel”. Khi Q1dẫn, tụ C1 nạp đến giá trị Vcc+ Vm(giá trị cực đại là 2Vcc). Khi Q1 ngưng dẫn tụ C1xã điện thông qua cuộn L1. Khi L1 xả C1 nạp đến giá trị cực tiểu là -2Vcc. Quá trình trên tạo ra bàn kỳ dương của bao hình AM . Tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng bằng tần số sóng mang và băng thông có giá trị từ fc- fm đến fc+ fm. Thông

thường tín hiệu điều chế là một hàm điều hòa. Khi phần trăm điều chế đạt 100% thì biên độ đỉnh của tín hiệu điều chế bằng Vcc.

Cấu tạo chung của mạch được biễu diễn trên hình 3.15a. R1 là điện trở phân cực cho Q1, R1và R2 là dạng mạch ghim để tạo nên sự phân cực trong mối nối với hàng rào thế của transistor xác định điện áp mở của Q1. Thông thường Q1 được phân cực sao cho chỉ dẫn trong bán kỳ dương của điện áp song song. Sự phân cực này tạo ra dạng sóng dòng cực thu nhỏ và nâng cao hiệu suất của mạch khuếch đại hạng C.C3 là tụ điện liên lạc, nó ngắn mạch đối với tần số tín hiệu điếu chế và ngăn tín hiệu thông tin vào nguồn cung cấp DC. Cbe là tụ dẫn tín hiệu từ cực nền đến cực thu của Q1. Tại tần sốvô tuyến, những tụ dẫn tín hiệu nhỏ và trong transistor là rất quan trọng. Nếu dung tích của tụ C_bc đủ lớn thì tín hiệu cực thu có thể được phản hồi về cực nền của Q1với biên độvừa đủ lớn để Q1bắt đầu dao động. Cho nên một tín hiệu bằng nhau về biên độ cũng như tần số và lệch pha nhau 180° sẽ phản hồi về cực nền của Q1hoặc là trung hòa giữa cực của điện dung phi hồi. CN là tụ điện trung hòa. Nhiệm vụ của nó là để tạo đường phản hồi cho tín hiệu có biên độvà tần số bằng nhau nhưng lêch pha với ngõ ra 180° được phản hồi về thông qua C_bc.

C4 là tụ điện liên lạc RF hoạt động của nó cũng tương tự như tụ C3, tại tần số sóng mang C4 xem nhưn gắn mạch ngăn “sóng mang rò” vào nguồn cung cấp điều chỉnh hoạt động mạch điều chế tín hiệu và được phân bố khắp trên máy phát.

Hình 3.15b Dạng sóng trên cực C và ngõ ra Mạch tạo dao động sóng mang

Mạch tạo dao động sóng mang cần có độ chính xác cao và phải thật ổn định nhờ vào đặc tính áp điện của thạch anh mà thực tế những máy phát thanh thường sử dụng mạch tạo dao động bằng thạch anh

+ L1,C1 khung cộng hưởng +L2 hồi tiếp

+R1,R2 định thiên phân áp cho transistor Q +R3 ổn định nhiệt

+C2,CF hồi tiếp dương +C3 tụ lọc nguồn.

Hình 3.16 Mạch dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp. -Nguyên lý hoạt động của mạch

Khi được cấp nguồn mạch dao động với tần số cộng hưởng dao động riêng của khung C1,L1. Trong khung cộng hưởng có dao động với tần số cộng hưởng đúng bằng tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh, trở kháng của thạch anh nhỏ thành phần hồi tiếp về cực B lớn. Như vậy mạch tạo được dao động với tần số bằng tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh

Chương 4: MÔ PHỎNG ĐIỀU CHẾ AM DÙNG MATLAB