BÀI GIẢNG: THÍ NGHIỆM VIỄN THÔNG pps

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC TOÂN ÑÖÙC THAÉNG

KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ

-----# "-----

MOÂN HOÏC

THÍ NGHIEÄM VIEÃN THOÂNG

GIAÛNG VIEÂN: ThS. HOAØNG MAÏNH HAØ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

# "

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

VIỄN THÔNG

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 4 - 2010

NỘI QUY

PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐIỀU I. TRƯỚC KHI ĐẾN PHÒNG THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI:

1. Nắm vững quy định an toàn của phòng thí nghiệm.

2. Nắm vững lý thuyết và đọc kỹ tài liệu hướng dẫn bài thực nghiệm.

3. Làm bài chuẩn bị trước mỗi buổi thí nghiệm. Sinh viên không làm bài chuẩn bị theo đúng

yêu cầu sẽ không được vào làm thí nghiệm và xem như vắng buổi thí nghiệm đó.

4. Đến phòng thí nghiệm đúng giờ quy định và giữ trật tự chung. Trễ 15 phút không được vào

thí nghiệm và xem như vắng buổi thí nghiệm đó.

5. Mang theo thẻ sinh viên và gắn bảng tên trên áo.

6. Tắt điện thoại di dộng trước khi vào phòng thí nghiệm.

ĐIỀU II. VÀO PHÒNG THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI:

1. Cất cặp, túi xách vào nơi quy định, không mang đồ dùng cá nhân vào phòng thí nghiệm.

2. Không mang thức ăn, đồ uống vào phòng thí nghiệm.

3. Ngồi đúng chỗ quy định của nhóm mình, không đi lại lộn xộn.

4. Không hút thuốc lá, không khạc nhổ và vứt rác bừa bãi.

5. Không thảo luận lớn tiếng trong nhóm.

6. Không tự ý di chuyển các thiết bị thí nghiệm

ĐIỀU III. KHI TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI:

1. Nghiêm túc tuân theo sự hướng dẫn của cán bộ phụ trách.

2. Ký nhận thiết bị, dụng cụ và tài liệu kèm theo để làm bài thí nghiệm.

3. Đọc kỹ nội dung, yêu cầu của thí nghiệm trước khi thao tác.

4. Khi máy có sự cố phải báo ngay cho cán bộ phụ trách, không tự tiện sửa chữa.

5. Thận trọng, chu đáo trong mọi thao tác, có ý thức trách nhiệm giữ gìn tốt thiết bị.

6. Sinh viên làm hư hỏng máy móc, dụng cụ thí nghiệm thì phải bồi thường cho Nhà trường và

sẽ bị trừ điểm thí nghiệm.

7. Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm phải tắt máy, cắt điện và lau sạch bàn máy, sắp xếp thiết

bị trở về vị trí ban đầu và bàn giao cho cán bộ phụ trách.

ĐIỀU IV.

1. Mỗi sinh viên phải làm báo cáo thí nghiệm bằng chính số liệu của mình thu thập được và

nộp cho cán bộ hướng dẫn đúng hạn định, chưa nộp báo cáo bài trước thì không được làm

bài kế tiếp.

2. Sinh viên vắng quá 01 buổi thí nghiệm hoặc vắng không xin phép sẽ bị cấm thi.

3. Sinh viên chưa hoàn thành môn thí nghiệm thì phải học lại theo quy định của phòng đào tạo.

4. Sinh viên hoàn thành toàn bộ các bài thí nghiệm theo quy định sẽ được thi để nhận điểm kết

thúc môn học.

ĐIỀU V.

1. Các sinh viên có trách nhiệm nghiêm chỉnh chấp hành bản nội quy này.

2. Sinh viên nào vi phạm, cán bộ phụ trách thí nghiệm được quyền cảnh báo, trừ điểm thi.

Trường hợp vi phạm lặp lại hoặc phạm lỗi nghiệm trọng, sinh viên sẽ bị đình chỉ làm thí

nghiệm và sẽ bị đưa ra hội đồng kỷ luật nhà trường.

Tp.HCM, Ngày 20 tháng 09 năm 2009

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

(Đã ký)

PGS TS. PHẠM HỒNG LIÊN

TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

---------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

**************

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-1

BÀI 1

ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (AM)

I. MỤC ĐÍCH

Khi hoàn thành bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả máy phát tín hiệu điều chế biên độ

và giải thích tín hiệu tin tức ảnh hưởng đến hình dạng của tín hiện AM như thế nào, tính chỉ

số điều chế và phần trăm điều chế từ các tham số AM, mô tả điều chế 100%, quá điều chế, và

hiệu suất truyền. Sinh viên cũng có thể mô tả máy thu AM, giải thích ảnh hưởng của các tầng

RF, IF đến việc phát hiện tín hiệu AM, hiểu được phương pháp giải điều chế AM bằng cách

tách sóng đường bao.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Giới thiệu

Điều chế biên độ (AM) là quá trình kết hợp tín hiệu tin tức với tín hiệu sóng mang trong đó

biên độ của tín hiệu sóng mang thay đổi theo tín hiệu tin tức. Như hình 1-1 trình bày, AM tạo

ra một hình bao điều chế mà có dạng sóng tương tự như tín hiệu tin tức. Các sự thay đổi biên

độ của tín hiệu tin tức gây ra các sự thay đổi biên độ trong tín hiệu sóng mang tần số cao.

Hình 1.1.

Khi tín hiệu tin tức (fm) là sóng sine, phổ tần số của tín hiệu sóng mang được điều chế (tín

hiệu AM) gồm có ba thành phần tần số: sóng mang (fc), biên trên (USB = fc + fm), và biên

dưới (ISB = fc - fm). Hình 1-2 minh họa các thành phần này. Ví dụ, nếu tín hiệu sóng mang (fc

) là 2000 kHz và tín iệu tin tức (fm ) là 4 kHz, tần số LSB sẽ là 1996 kHz (fc- fm = 2000 - 4),

và tần số USB sẽ là 2004 kHz (fc + fm = 2000 + 4) .

Hình 1.2.

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-2

Hình 1.3

Chỉ số điều chế (m) là tỉ số của biên độ đỉnh tín hiệu tin tức trên biên độ đỉnh của tín hiệu

sóng mang. Phương pháp tính để xác định chỉ số điều chế (m) từ tín hiệu AM dựa vào hình

1-3 và công thức dưới đây:

M =

A B

A B

+

−

Phần trăm điều chế là chỉ số điều chế được biểu diễn theo phần trăm (m x 100).

Hình 1.4

Dạng sóng AM trình bày trong hình 1-4 là điều chế 100% (chỉ số điều chế bằng 1); các điểm

trũng tiếp xúc với đường chuẩn zero. Công suất và hiệu suất trong truyền AM liên quan trực

tiếp đến chỉ số điều chế; điều chế 100% là nhằm đạt công suất biên lớn nhất.

Hình 1.5.

Khi quá điều chế xảy ra (lớn hơn 100%), cả hai biên của hình bao điều chế băng qua đường

chuẩn zero, như hình 1-5. Trong truyền thông AM, quá điều chế gây ra các tần số biên giả gọi

là biên splatter. Splatter này gây ra méo trong máy thu và nhiễu với các trạm radio khác.

Khi chỉ số điều chế tăng, mức công suất của các biên (PSB) tăng khi công suất sóng mang (PC)

giữ không đổi. Bởi vì thông tin có ích được chứa trong tín hiệu tần số radio (RF) nằm trong

các biên, do đó có thể đạt cực đại công suất biên bằng cách tăng chỉ số điều chế mong muốn.

Tuy nhiên, trong AM, chỉ số điều chế phải không được lớn hơn 1, nếu không méo và nhiễu sẽ

xảy ra.

Công suất tổng (PT) trong tín hiệu AM là tổng của công suất sóng mang (PC) và công suất

biên dưới và biên trên (PSB).

PT = PC + PSB

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-3

Hiệu suất truyền (μ) là phân số của công suất tổng màđược chứa trong các biên.

μ =

T

SB

P

P

Hiệu suất truyền cũng liên quan đến chỉ số điều chế.

μ = m2

/ (2 + m2

)

2. Máy phát AM

Hình 1.6.

Có nhiều cách để tạo ra một tín hiệu AM. Như hình 1-7, mạch tích hợp bộ điều chế cân bằng

(IC), một phần tử phi tuyến, có thể có chức năng điều chế biên độ. Các tín hiệu tin tức và

sóng mang là các tín hiệu vào mạch điều chế biên độ.

Hình 1.7

Mạch điều chế biên độ trộn tín hiệu tin tức và sóng mang để dịch tần số của tín hiệu tin tức:

nó dịch tín hiệu tin tức đến tần số của tín hiệu sóng mang. Hình bao của tín hiệu sóng mang là

bản copy của tín hiệu tin tức và thay đổi tại các tần số giống với tần số tín hiệu tin tức.

Bộ khuếch đại công suất RF là phần cuối cùng trước khi đến anten phát. Nó cung cấp sự

khuếch đại công suất cần thiết cho anten để bức xạ các tín hiệu RF trên các khoảng cách dài.

Hình 1-8 trình bày sơ đồ của mạch khuếch đại công suất trong khối mạch AM/SSB

TRANSMITTER. Vùng này gồm có RF POWER AMPLIFIER (Q1) và ANTENNA

MATCHING NETWORK có chức năng tạo trở kháng ngõ ra Q1 cần thiết để truyền công

suất yêu cầu đến anten trở kháng thấp (được mô phỏng bởi R5).

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-4

Hình 1.8.

Điện dung C1 trong bộ chân đế cách ly điện áp cực nền DC bởi điện trở R1. Các điện trở R2

và R3 làm thành mạch chia áp để cung cấp điện áp DC không đổi ở cực nền khoảng 4.8V.

Bộ khuếch đại công suất RF (Q1) là một bộ khuếch đại E chung. Q1 luôn được phân cực

thuận bởi vì điện áp DC ở cực nền Q1 không đổi. Kết quả là Q1 hoạt động như một bộ

khuếch đại lớp A.

Hình 1.9.

Trong bộ khuếch đại lớp A, dòng cực thu dẫn 3600

cho tín hiệu ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra

không bị méo. Trong bộ khuếch đại lớp B, dòng cực thu dẫn 1800

cho tín hiệu ngõ vào, và

tín hiệu ngõ ra bị méo. Trong bộ khuếch đại lớp C, dòng cực thu dẫn ít hơn 1800

cho tín hiệu

ngõ vào, và tín hiệu ngõ ra bị méo đáng kể (xem hình 1-9).

Đối với trường hợp phát quảng bá, hiệu suất là quan trọng bậc nhất trong các bộ khuếch đại

công suất bởi vì bất kỳ suy hao công suất đều dẫn đến ít công suất hơn cho quá trình bức xạ

và tín hiệu không truyền được xa. Các bộ khuếch đại lớp C cung cấp hiệu suất tốt hơn lớp B,

và các bộ khuếch đại lớp B cung cấp hiệu suất tốt hơn lớp A.

3. Máy thu AM

Hình 1-10 trình bày sơ đồ khối đơn giản của máy thu AM quảng bá. Tầng RF và bộ dao động

nội được điều chỉnh đồng thời, tầng RF sẽ khuếch đại tín hiệu AM. Bộ đổi tần chuyển tần số

AM thành tần số IF (trung tần) 455 kHz, và tầng IF lọc và khuếch đại tín hiệu trung tần IF.

Bộ tách sóng khôi phục lại tín hiệu tin tức từ tín hiệu IF, và cuối cùng tầng audio khuếch đại

tín hiệu tin tức đến loa.

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-5

Hình 1.10.

Xem hình 1-11. Tín hiệu AM từ anten máy phát AM kết nối đến điện trở 1MΩ (R8) để giảm

công suất của tín hiệu AM được nhận tại máy thu. Trở kháng ngõ vào bộ khuếch đại RF xấp

xỉ 3 kΩ. R8 nối đến một biến áp tự ngẫu L4 có tỉ số vòng là 7.7. Với tỉ số này, trở kháng ngõ

vào của bộ lọc RF sẽ xấp xỉ 50 Ω khi bộ lọc cộng hưởng ở tần số 1000 kHz.

CHÚ Ý: Tại tần số cộng hưởng của RF FILTER, XL4 = XC7 và mạch có trở

kháng là điện trở thuần.

Hình 1.11.

Như được trình bày trong hình 1-12, mạch RF FILTER gồm một điện cảm và một điện dung

cố định mắc song song. Đó là mạch lọc thông dải LC song song. Tần số cộng hưởng(fr) xảy

ra khi điện kháng và điện dung bằng nhau (XL = XC). Tại fr, trở kháng RF FILTER là điện trở

thuần và tín hiệu ngõ ra là lớn nhất.

Hình 1.12.

Điều chỉnh RF FILTER cho tần số cộng hưởng là 1000 kHz: điều chỉnh cuộn điện cảm (L4)

sao cho tín hiệu ngõ ra RF AMPLIFIER lớn nhất.

RF AMPLIFIER khuếch đại tín hiệu AM 1000 kHz đến RF FILTER và tăng mức công suất

của nó khoảng 72 dB (độ lợi khoảng 16,000,000).

Sinh viên điều chỉnh L5 để cho mạch RLC cực thu được cộng hưởng ở 1000 kHz để cho độ

lợi cực đại. Khi mạch RLC cực thu được cộng hưởng ở 1000 kHz, điện dung và điện kháng

triệt tiêu, và mạch chỉ còn lại điện trở thuần.

Các mức công suất vào và ra của RF STAGE và các thành phần khác của một máy thu AM

thường ở decibel (dB) liên quan đến mức công suất tham chiếu. Thông thường sử dụng ở

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-6

miliwatt (mW). Biểu thức dưới đây cho quan hệ giữa công suất tính bằng dBm với công suất

(P) tính bằng mW.

dBm = 10 x [log10 (P/1 mW)]

Một dBm là một lượng công suất thật sự, khác với dB đại diện cho tỉ số công suất. Cách dùng

của dBm thì thuận lợi khi xử lý với các mạch nhiều tầng. Hiệu số giữa mức dBm tại ngõ ra và

ngõ vào một tầng chính là độ lợi công suất tính bằng dB của tầng đó (hình 1-13).

Hình 1.13.

Loại IC đã dùng cho bộ điều chế cân bằng cũng được dùng cho bộ đổi tần (xem hình 1-14).

Bộ đổi tần có hai ngõ vào: M (tin tức) và C (sóng mang). Ngõ vào tín hiệu RF của bộ đổi tần

(M) lấy từ ngõ ra bộ khuếch đại RF. Ngõ vào tín hiệu dao động nội của bộ đổi tần (C) là một

tín hiệu 1455 kHz được tạo ra từ khối mạch VCO-HI.

Hình 1.14.

Bởi vì tín hiệu ngõ vào RF đến bộ đổi tần có ba thành phần tần số, tín hiệu ngõ ra bộ đổi tần

cân bằng sẽ gồm các tần số tổng và hiệu của ba thành phần RF. Các tần số ngõ vào RF không

có biên độ đáng kể trong ngõ ra.

Bộ lọc IF là một bộ lọc sứ có băng thông 20 kHz, nó loại bỏ tất cả các tần số dưới 455 kHz và

trên 465 kHz. Để cho bộ đổi tần tạo ra một tín hiệu với tần số hiệu là 455 kHz đến bộ lọc IF,

tần số VCO-HI phải được chỉnh chính xác ở 1455 kHz.

Bộ tách sóng đường bao (xem hình 1-15 và 1-16): trên nửa chu kỳ dương của tín hiệu ngõ ra,

tụ điện nạp đến điện áp đỉnh ngõ vào. Vì thế, điện áp qua R12 và C10 sẽ bằng điện áp của tín

hiệu ngõ vào (trừ sụt áp diode) bởi vì diode (CR1) được phân cực thuận. Khi tín hiệu ngõ ra

nhỏ hơn giá trị này, diode (CR1) tắt và tụ điện (C10) bắt đầu xả từ từ qua điện trở (R12) với

tốc độ được xác định bởi thời hằng RC.

Hình 1.15.

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-7

Hình 1.16.

Trên nửa chu kỳ dương kế tiếp của tín hiệu ngõ vào, CR1 dẫn và C10 được nạp điện đến giá

trị mới được xác định bởi tín hiệu ngõ vào. Quá trình lặp lại một cách tự động và liên tục.

Có một giá trị tối ưu cho thời hằng xả của RC. Nếu thời hằng xả quá lớn hoặc quá nhỏ, ngõ ra

của bộ tách sóng sẽ không cùng dạng với hình bao của tín hiệu AM ở ngõ vào. Ảnh hưởng

của thời hằng quá lớn hoặc quá nhỏ được trình bày trong hình 1-17.

Hình 1.17.

Điều khó khăn chính của bộ tách sóng hình bao là phải có một điện áp xấp xỉ từ 0.4 V đến 0.6

V rơi trên diode khi diode dẫn. Vấn đề trở nên nghiêm trọng đối với các tín hiệu nhỏ hay các

tín hiệu điều chế 100%. Ảnh hưởng của sụt áp phân cực thuận của diode được trình bày trong

hình 1-18.

Hình 1.18.

III. YÊU CẦU THIẾT BỊ

ƒ Bộ chân đế.

ƒ Board mạch ANALOG COMMUNICATIONS

ƒ Nguồn cung cấp 15 Vdc

ƒ Dao động ký hai kênh

ƒ Máy phát sóng sine/vuông

IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-8

1. Máy phát AM

Trình tự tiến hành A - Các tín hiệu AM

Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn sẽ quan sát tác động của tín hiệu tin tức trên

tín hiệu AM.

1. Xác định vị trí các khối mạch AM/SSB TRANSMITTER và VCO-LO và kết nối mạch

như trên hình 1-19. Gắn jumper ở vị trí1000 kHz trên khối mạch VCO-LO. Đặt các công tắc

S1, S2, và S3 ở OFF.

Hình 1.19.

2. Kết nối đầu dò dao động ký kênh 1 tới ngõ vào tín hiệu tin tức (M) của MODULATOR.

Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, điều chỉnh máy phát tín hiệu để có một tín hiệu sóng sine

0.2 Vpk-pk, 2 kHz tại M.

3. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ vào tín hiệu sóng mang (C) của MODULATOR. Khi quan

sát tín hiệu trên kênh 2, điều chỉnh VCO-LO cho một tín hiệu 0.2 Vpk-pk, 1000 kHz tại C. Điều

chỉnh tần số sóng mang với núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế, và điều chỉnh biên

độ sóng mang với núm vặn trên khối mạch VCO-LO.

4. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của MODULATOR. Đặt VERT MODE của dao động

ký ở vị trí ALT, và trigger trên kênh 1 (tín hiệu tin tức).

5. Điều chỉnh núm điện thế MODULATOR để cho dạng sóng AM trên kênh 2 dao động ký

là 2.0 V giữa các đỉnh trên và dưới, như hình 1-20.

Hình 1.20.

6. Hình bao tín hiệu AM (kênh 2) có tần số và dạng giống như tín hiệu tin tức (kênh 1)?

… Có … Không

7. Chỉnh tần số tín hiệu sóng mang (fc) bằng 1000 kHz và tần số tín hiệu tin tức (fm) bằng 2

kHz. Các tần số gì hiện diện trên phổ tần số của tín hiệu AM?

...................................................................................................................................................

Tài Liệu Hướng Dẫn Thí Nghiệm Viễn Thông Bài 1

1-9

8. Thay đổi chức năng tín hiệu máy phát từ một sóng sine thành một sóng hình vuông. Hình

bao của tín hiệu ngõ ra AM có thay đổi từ một sóng sine thành một sóng vuông?

… Có … Không

9. Chỉnh lại chức năng máy phát tín hiệu cho một sóng sine. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra

AM trên kênh 2, thay đổi núm điều khiển AF FREQUENCY của máy phát tín hiệu để thay

đổi tần số tín hiệu tin tức. Tần số của hình bao tín hiệu AM có thay đổi tương ứng với tần số

của tín hiệu tin tức?

… Có … Không

10. Chỉnh lại tần số tín hiệu tin tức đến 2 kHz. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra AM, thay đổi núm

điều khiển AF LEVEL của máy phát tín hiệu để thay đổi biên độ của tín hiệu tin tức. Biên độ

của hình bao tín hiệu AM có thay đổi tương ứng với biên độ của tín hiệu tin tức?

… Có … Không

Trình tự tiến hành B - Chỉ số điều chế và phần trăm điều chế

Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn sẽ thực hiện các phép đo dao động ký của tín

hiệu AM và tính chỉ số điều chế (m) và phần trăm điều chế (%Mod.).

Hình 1.21.

11. Kiểm tra các công tắc S1, S2, và S3: các công tắc này phải ở vị trí OFF.

12. Trên kênh 1 dao động ký, điều chỉnh điện áp đỉnh-đỉnh của tín hiệu tin tức đến 0.2Vpk-pk.

Nếu cần, điều chỉnh núm điện thế MODULATOR sao cho dạng sóng AM trình bày trên kênh

2 là 2.0 V giữa các đỉnh trên và dưới (xem hình 1-20). 2.0 V là số đo A trong hình 1-21.

Trên kênh 2 dao động ký, đo độ cao dọc (ở volt) giữa các điểm trũng trên và dưới (số đo B

trong hình 1-21) của dạng sóng được điều chế: B = ____________ V.

13. Tính chỉ số điều chế: m = _________________________.

14. Tính phần trăm điều chế %Mod = _____________________.

Hình 1.22.