Mạch Phát FM

Về cơ sở lý thuyết điều tần thì mọi người cũng đã nắm khá chắc qua các môn học trên lớp nên mình sẽ chỉ giới thiệu khái quát.Bài này mình giới thiệu về mạch nguyên lý ,mô phỏng tín hiệu

Tất cả thông tin chi tiết mọi người có thể tìm hiểu thêm trong link báo cáo mình gửi cuối bài này

1. Cơ sở lý thuyết điều tần

Điều tần là quá trình ghi tín hiệu tin tức ở tần số thấp vào một dao động ở tần số cao làm biến đổi tần số theo tín hiệu tin tức. Trong điều tần, tín hiệu điều tần thay đổi quanh tín hiệu tải tin. Phương pháp này khác với phương pháp thay đổi biên độ của sóng mang hay còn gọi là điều chế biên độ – amplitude modulation (AM) . Trong kỹ thuật truyền thông tương tự , giá trị của tín hiệu mang tin sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên tần số của sóng mang.

Mục đích của điều chế là chọn một phổ tần thích hợp cho việc truyền thông tin, với các tần số sóng mang khác nhau người ta có thể truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyền khác nhau của cùng một đường truyền

Với mạch điều chế tần số thì sóng mang có biên độ không đổi, nhưng tần số thay đổi theo biên độ của tín hiệu âm tần, khi biên độ tín hiệu âm tần tăng thì tần số cao tần tăng, khi biên độ âm tần giảm thì tần số cao tần giảm. Như vậy sóng mang FM có tần số tăng giảm theo tín hiệu

2. Dạng phổ của điều tần

3. Sơ đồ tổng quan

3.1. Sơ đồ khối

3.2. Mạch nguyên lý

3.3. Chi tiết các khối

3.3.1. Khối đầu vào

               Khối nguồn                                                                            Micro

Khối nguồn: chế tạo từ nguồn tuyến tính đầu ra cỡ 9-10v

Micro: gồm dây adio đưa tín hiệu âm thanh từ máy tính hoặc thiết bị âm thanh (máy tính,Đài…..)vào mạch điều biên Fm

3.3.2. Mạch lọc

Mạch lọc ở đây chỉ đơn giản là tụ C₁, ngăn 1 chiều từ mic vào Q₁.Vì trở kháng vào của Transistor nhỏ lên để tín hiệu âm tần ít bị sụp áp trên C1 thì dung kháng của chúng phải nhỏ hơn nhiều so với trở kháng vào của transistor,do đó C1 thường chọn 3-10uF. Trong mạch sử dụng tụ C1 là 10uF

3.3.3. Khối khuếch đại âm tần

Chức năng của khối làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu từ mic đưa qua tụ C2 để đưa ra tầng sau

3.3.4. Khối dao động

Khối này tạo ra tần số dao động riêng chính là tần số sóng mang .Khi tín hiệu vào thay đổi, tần số riêng của mạch cộng hưởng này thay đổi trong một dải tần theo sự biến thiên của tín hiệu. Giá trị trung tâm của dải này chính là tần số phát của mạch

Công thức tính cuộn cảm cho hình trụ tròn dài:

L = từ dung đo bằng Henry (H) μ0 = độ từ thẩm của chân không = 4π × 10-7H/m K = hệ số Nagaoka  (phụ thuộc độ co giãn cuộn dây cỡ =1) N = số vòng A = thiết diện cuộn dây đo bằng mét vuông(m2) l = chiều dài cuộn dây (m)

Ở đây mình cuốn cuộn cảm cỡ dây 0.4mm,cuốn 20 vòng lõi không khí

3.3.5. Anten

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu có tác dụng tăng khả năng bức xạ sóng điện từ ra môi trường xung quanh. Cơ cấu và tính chất của antena là một trong những yếu tố quan trọng quyết định cự ly phát của mạch. Ở đây mình dùng ăngten là sợi dây dẫn nhiều sợi dài khoảng 30cm

4. Phần nguyên lý hoạt động

Tín hiệu được đưa vào mạch thông qua một rắc micro. Điện trở R1 nối tiếp với micro vào nguồn để phân cực cho tín hiệu vào. Âm thanh thay đổi khi qua dây này sẽ được chuyển thành tín hiệu điện đưa qua tụ C1 vào cực B (bazơ) của transistor Q1 mắc Emiter chung (EC). Điện trở R2 và R3 phối hợp tạo điểm làm việc tĩnh Q cho transistor Q1. Ở chế độ xoay chiều, transistor làm việc xung quanh điểm làm việc tĩnh Q này. Tín hiệu sau đó được khuếch đại và đưa vào cực Bazơ của transistor Q2 thông qua tụ C2( nhiệm vụ ngăn 1 chiều và cho xoay chiều đi qua).

Transistor Q2 được mắc Emiter chung (EC), hồi tiếp C-E bằng tụ C6. Khi tín hiệu đưa ra từ chân C của transistor Q1 biến thiên xoay quanh một trị số tĩnh (do điểm làm việc tĩnh Q  của Q1 quyết định) từ đó tần số riêng của mạch dao động biến đổi tạo nên sự điều biến tần số (FM – Frequence Modulation) cho mạch này. Anten nối với cực Colector của transistor Q2 giúp tăng khả năng phát xạ của mạch.

5. phần tính toán giải thích tại sao các bạn tham khảo tại báo cáo của mình

6. Sơ đồ mạch in

Mình vẽ mạch và layout bằng orcad 9.2

Mạch này có thể chưa tối ưu các bạn có thể vẽ và layout lại cho hoàn thiện hơn

7. Mô phỏng

Sử dụng Phần mềm workbench ( Cách sử dụng các bạn google nhe  .Khá dễ sử dụng )

Sơ đồ mắc để đo tín hiệu đầu ra

Kết quả mô phỏng

8. Thông số kỹ thuật 

Mạch phát FM được thiết kế có các thông số: tần số phát trong khoảng 64-108MHz, nguồn cung cấp sử dụng là 9V, tầm phát xa gần 20m hoàn toàn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra.Chất lượng tín hiệu thu được sử dụng đài thu FM thông thường cho tín hiệu tốt, không có tiếng ồn trong phạm vi phát cho phép của thiết bị

9. Ưu nhược điểm

Sóng FM có nhiều ưu điểm về mặt tần số, dải tần âm thanh sau khi tách sóng điều tần có chất lượng rất tốt, cho âm thanh trung thực và có thể truyền âm thanh Stereo , sóng FM ít bị can nhiễu hơn so với sóng AM.

Nhược điểm của sóng FM là cự ly truyền sóng ngắn, chỉ truyền được cự ly từ vài chục đến vài trăm Km , do đó sóng FM thường được sử dụng làm sóng phát thanh trên các địa phương

The End !