Giáo trình Kỹ thuật truyền thanh - Chương III: Điều biến và giải điều biến

ng để có tần số ổn định.
91,8MHz
Anten
khuếch
đại
30,6MHz
X3
X2
fc
 VCO
fC = 5,1MHz
X3
tín hiệu
điều biến
So sánh
tần số
So
pha
Lọc qua
thấp
Lọc
qua
thấp
2MHz
28,6MHz
Khối tự động chỉnh tần số
Mạch dao động thạch anh 14,3MHz
Đệm vàx2
H. III-25
b. Mạch điều tần gián tiếp:
Mạch điều tần gián tiếp có thể là mạch điều biến pha đổi ra mạch điều tần như H. III-26.
Mạch điều biến
pha PM
Mạch
tích phân
em(t)
Sóng điều tần
(FM)
H.III-26
Nguyên lý của mạch điều pha sẽ được giải thích ở phần sau.
c. Mạch điều biến pha:
Để hiểu rõ nguyên lý mạch điều biến pha, ta hãy nghiên cứu giản đồ vectơ đặc trưng sóng điều biến với tín hiệu điều biến đơn tần.
Sóng điều biến có biểu thức:
e = EC(1+mcoswmt)sinwCt.
.
Giản đồ vectơ sóng điều biên được vẽ như H. III-27.
wmt
O Ec
-wmt
H.III-27
Nếu sử dụng mạch dịch pha cả hai sóng mang 900 thì giản đồ vectơ được vẽ lại như sau:
q(t)
O Ec
H.III-28
Giản đồ H.III-28 là giản đồ vectơ sóng điều biến góc pha tức thời q(t).
sóng PM
fcxN
Ta cũng có thể không dịch pha đôi sóng biên mà chỉ cần dịch pha sóng mang ECsinwCt để có sóng điều pha theo sơ đồ H. III-29.
fc
Mạch nhân tần số xN
Mạch trộn tuyến tính
Mạch đệm
Dao động thạch anh
Mạch dịch pha 900
Mạch điều biên đối xứng
Tín hiệu điều biến
 H. III-29 
d. Mạch điều biến dùng vi mạch chuyên dùng:
Nhiều nhà sản xuất vi mạch đưa ra thị trường vi mạch chuyên dùng như vi mạch máy phát Motorola MC1376 công suất 600mW, sóng có tần số lệch cực đại lên đến 150KHz (H. III-29).
V
C
O
MC1276
6
7
8
5
1
2
3
4
H. III-39
8. Mạch giải điều biến góc:
a. Mạch giải điều tần: 
Mạch giải điều tần là mạch cho ra điện áp tỉ lệ thuận với tần số lệch so với tần số giữa của sóng điều tần:
Vr = KfDf.
Df : tần số lệch so với tần số giữa fC tức là tần số sóng mang chưa điều biến.
Có nhiều mạch giải điều tần. Sau đây là một số mạch từ mạch cơ bản nhất là mạch giải điều tần Travis.
Mạch giải điều tần Travis:
Nguyên lý cơ bản của mạch này là mạch tách sóng dốc (H. III-30).
Vr
Điện áp ra Ur của mạch biến thiên theo sóng FM.
 -Df f +Df
H. III-30a
Tần số sóng FM theo đường biểu diễn H. III-30b tần số cộng hưởng của mạch RC là . Tần số giữa của sóng FM ở giá trị thấp hơn phần đường biểu diễn tương đối tuyến tính nhất khi tần số sóng FM điều tần thay đổi quanh tần số giữa fC thì tại ngõ ra có điện áp Ur là tín hiệu gốc được thu hồi.
Mạch tách sóng này cho điện áp ra Ur không thật sự tuyến tính với tần số lệch Df của sóng. Mạch giải điều biến Travis là mạch tách sóng dốc đối xứng có đặc tính ra tuyến tính hơn (H. III-31).
Vr1
Vr2
m
m
H.III-31
Đây là mạch tách sóng dốc có ngõ ra mắc đối nhau, các cuộn cảm L2 và L3 quan hệ hổ cảm với L1. Tuy nhiên L2 và L3 không được có quan hệ hổ cảm với nhau. L1C1 được chỉnh ở tần số cộng hưởng fC là tần số giữa sóng điều biên tần số cộng hưởng của L2C2 bằng cao hơn fC tần số cộng hưởng của L3C3 là thấp hơn fC.
Điện áp ra mạch trên Ur1 biến thiên theo tần số sóng được đăt trưng bởi đường cong Uri(f) ghi số (1) điện áp ra mạch dưới biến thiên theo đường cong Ur2(f) ghi số (2).
Điện áp ra mạch giải điều biến Travis bằng: Vr = Vr1-Vr2.
Vr biến thiên theo đường cong tổng hợp số (3).
-Vr2
Vr2
Vr1
f
f
f1
f2
f2 -f = f - f1
H.III-32
Các khung dao động L1C1, L2C2, L3C3 và các khoảng cách tần số cộng hưởng , và.
 Phải được thiết kế sao cho đường cong tổng hợp phải thẳng trong khoảng tần số ngắn nhất bằng 150KHz.
 Mạch Travis tuy là mạch cơ bản và đơn giản nhất nhưng có một số nhược điểm như rất khó điều chỉnh vì có tới 3 tần số cộng hưởng cần điều chỉnh và cần mạch giới hạn biên độ sóng ở phía trước.
Mạch thứ 2 là mạch giải điều biên Foster Seeley có 2 khung dao động LC chỉnh ở cùng tần số cộng hưởng như H. III-33
Mạch Foster Seeley còn gọi là mạch so sánh tần số vì điện áp ra Ur tỉ lệ thuận với f(t) - fC là tần số lệch tức thời của sóng điều tần.
VDI
VCI
V1
m
H.III-33
Để hiểu nguyên lý mạch cần phải biết quan hệ giữa điện áp sơ cấp V1 với điện áp thứ cấp V2. Quan hệ giữa dòng thứ cấp I2 với dòng sơ cấp I1 được xác định bởi :
Ta có ; .
Thay vào hệ thức trên, ta có:
Nếu tần số sóng điều tần , ta có:
Vậy điện áp sơ cấp V1 sớm pha hơn điện áp thứ cấp Vr một góc 900 khi f= fC.
Khi f > fC V1 sớm pha hơn V2 một góc lớn hơn 900.
Khi f < fC V1 sớm pha hơn V2 một góc nhỏ hơn 900 (H. III-34).
H. III-34
Điện áp điểm A (so với điểm quy chiếu 0 là 0 volt) bằng vectơ OA, điện áp điểm B bằng vectơ OB. Điện áp tại Rd1 bằng mođun của vectơ OA, điện áp ra tại Rd2 bằng mođun của vectơ OB. Vậy điện áp ra mạch giải điều tần Foster Seeley bằng:
Ur = VCI - VDI.
Khi f = fo, |OA| = |OB|, vậy VCI = VDI, Vr = 0.
Khi f > fo, |OA| > |OB|, vậy VCI >VDI, Vr > 0.
Khi f < fo, |OA| < |OB|, vậy VCI <VDI, Vr < 0.
Sự biến thiên của Ur theo tần số f được đặc trưng bởi đường biểu diễn H. III-35.
Vr
f
fo
150KHz
fo+Df
fo-Df
H.III-35
Để có đường biểu diễn thẳng trong phạm vi biến thiên tần số sóng, ba khung dao động phải được thiết kế phải có hệ số Q phù hợp mạch này có ưu điểm là dễ điều chỉnh hơn mạch TRAVIS và cả hai khung dao động đều được điều chỉnh ở cùng một tần số cộng hưởng là tần số sóng chưa diều biến fC = 10,7MHz. Nhược điểm của mạch là cần phải có mạch hạn chế biên độ sóng ở ngõ vào khi biên độ sóng thấp hơn mức hạn chế thì tín hiệu thu hồi có nhiều tạp âm do vậy mạch được thay thế bởi các mạch khác.
H. III-36 là mạch giải điều biến tỉ lệ thay mạch tách sóng tỉ lệ. Mạch này cũng có hai khung dao động L1C1 và L2C2 có cùng tần số cộng hưởng bằng tần số giữa của sóng điều tần. Diode D2 được mắc ngược so với H. III-33.
H.III-36
Các điện áp V1 và V2 cũng có quan hệ pha như ở mạch Foster Seeley.
Điện áp tại tụ điện Cd1 bằng VCI = |OA|.
Điện áp của tụ điện Cd2 bằng VID = |OB|.
Điện áp tại tụ điện Cg = VCD = |AB| =const.
Khi f = fC, |OA| = |OB| thì VCI = VID – DO.
VCI +VID = |AB| = const nên .
Khi f > fC , |OA| > |OB|, VCI > VID –DO.
VCI + VID = |AB| nên .
Khi f < fC, |OA| < |OB|, VCI < VID nên .
Điện áp ra VR biến thiên theo tần số sóng điều tần. Các khung dao động được thiết kế sao cho Ur biến thiên tuyến tính với tần số lệch của sóng điều tần so với tần số giữa như H. III-37.
Vr
fo
f
fo+Df
fo-Df
H.III-37
Ngoài các mạch trên còn có mạch giải điều tần dùng vòng khóa pha (PLL) sẽ được nói đến ở phần mạch tổng hợp tần số.
V. Các kỹ thuật điều biến khác:
 Qua các bài trước ta biết rằng tùy theo bản chất của tín hiệu và đặc tính truyền của môi trường người ta chọn kỹ thuật điều biến phù hợp. Phần này giới thiệu qua một số kỹ thuật điều biến khác.
1. Trường hợp tín hiệu tương tự như lời nói, nhạc, v.v... mà sóng mang có dạng xung, là phải chọn kỹ thuật điều biến xung chia thành nhiều loại:
Kỹ thuật điều biến xung (Pulse Amplitude Modulation-PAM): tần số và bề rộng xung không đổi, bề cao xung biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều biến (H. III-38b).
Kỹ thuật điều tần xung (Pulse Frequency Modulation-PFM): tần số xung biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều biến, biên độ và độ rộng xung không thay đổi (H. III-38c).
Kỹ thuật điều pha xung (Pulse Phase Modulation hay Pulse Position Modulation -PPM): tần số biên độ và bề rộng xung không đổi, vị trí xung trong mỗi chu kỳ thay đổi tỉ lệ với biên độ tín hiệu điều biến (H. III-38d).
Kỹ thuật điều rộng xung (Pulse Width Modulation-PWM): biên độ, tần số và vị trí xung trong mỗi chu kỳ không đổi nhưng bề rộng xung biến thiên tỉ lệ với biên độ tín hiệu điều biến (H.III-38e).
2. Trường hợp tín hiệu rời rạc như văn bản, số liệu, sóng mang là sóng sin thì phải chọn:
Kỹ thuật ASK (Amply Shift Keying): biên độ sóng mang thay đổi ở một số mức nhất định tùy theo mã.
Kỹ thuật OOK (On Off Keying): sóng mang lúc có lúc không, biên độ và tần số sóng mang không đổi.
Kỹ thuật PSK (Phase Shift Keying): tần số, biên độ sóng mang không đổi, góc pha thay đổi.
3. Trường hợp tín hiệu tương tự được đổi ra tín hiệu rời rạc: sóng mang dạng xung ta có:
Kỹ thuật PCM (Pulse Code Modulation): tín hiệu tương tự được lấy mẫu, mã hóa thành số, thường là số nhị phân .
tín hiệu điều biến
t1	 t2	 t3	 t4	 t5	 t6
t1	 t2	 t3	 t4	 t5	 t6
t1	 t2	 t3	 t4	 t5	 t6
t1	 t2	 t3	 t4	 t5	 t6
t1	 t2	 t3	 t4	 t5	 t6
PAM
d
c
PWM
PPM
PFM
a
e
b
H.III-38
IV. Mạch điều biến đối xứng:
Mạch này thực chất là mạch điều biến nhưng vì được sử dụng phổ biến ở kỹ thuật truyền đơn biên, kỹ thuật ghép kênh phần dãy tần và các kỹ thuật khác nên được giới thiệu ở phần riêng. Mạch có chức năng tạo sóng điều biến triệt thành phần sóng mang như hình minh họa ở H.III-39.
Nếu tín hiệu điều biến là tín hiệu đơn tần em = Emcoswmt thì ở ngõ ra mạch điều biến đối xứng chỉ có 2 thành phần là sóng biên trên và sóng biên dưới (H.III-39a).
Nếu tín hiệu điều biến phức tạp gồm có nhiều thành phần tần số khác nhau thì ngõ ra có hai dải biên (H.III-39b).