Giáo trình Kỹ thuật truyền thanh - Chương VII: Mạch đổi tần

CHƯƠNG VII
MẠCH ĐỔI TẦN
I. Định nghĩa và mục đích:
Mạch đổi tần số là mạch đổi sóng nhận được có tần số fa ra sóng có tần số khác là ftt = fo – fa hoặc ftt = fa – fo tùy theo trường hợp fo > fa hay fa > fo.
fo là một sóng có từ một mạch dao động hay mạch tổng hợp tần số. Sóng có tần số fa nhận được có thể là sóng được điều biên hay điều tần. Sóng từ mạch dao động hay mạch tổng hợp tần số là sóng không được điều biến. Sóng tuy có tần số ftt khác nhưng vẫn là sóng đã điều biến mang cùng nội dung tín hiệu gốc.
Mạch đổi tần số nói trên là mạch đổi tần số cao ra tần số thấp hơn gọi là tần số trung gian hay trung tần được dùng trong các máy thu bởi các lý do sau đây:
- Sóng tần số thấp hơn được khuếch đại thuận lợi hơn với linh kiện cấp thấp hơn.
- Sóng có tần số trung gian có thể được khuếch đại với độ lợi cao hơn mà không có hiện tượng hồi tiếp dương gây mất ổn định cho mạch khuếch đại.
- Sóng trung tần có tần số cố định do vậy độ lợi và dải thông mạch khuếch đại ổn định. Do vậy độ nhạy và độ tuyển lọc sóng của máy thu ổn định, mạch dễ điều chỉnh ở tình trạng tối ưu.
- Mạch đổi tần số cũng có thể đổi tần số sóng nhận được fa ra sóng có tần số 
ftt = fa + fo cao hơn. fo cũng là sóng từ một mạch dao động không điều biến. Sóng mới có tần số cao hơn là ftt vẫn là sóng được điều biến mang cùng nội dung tín hiệu gốc. Mạch đổi tần này còn được gọi là mạch xê dịch phổ tần được dùng ở máy phát nhiều kênh tương tự để dịch dải tần sóng điều biến đến vị trí quy định trong dãi sóng rộng truyền nhiều kênh. Mạch dịch phổ tần về phía cao hơn cũng có lý do là mạch điều biến đối xứng vòng hay đối xứng không làm việc được ở tần số cao nên phổ tần sóng điều biến quá thấp.
Nguyên lý mạch đổi tần số ra tần số thấp hơn hoặc cao hơn được nói qua ở chương VI, mục III.
II. Nguyên lý và sơ đồ khối mạch đổi tần (H.VII-1):
Mạch đổi tần số gồm các khối sau:
- Khối trộn tần là khối cộng 2 tín hiệu va = Vasinwat với vo = Vosinwot.
- Khối dao động hay khối khối tổng hợp tần số phát sóng không điều biến
vo = Vosinwot.
- Khối khuếch đại phi tuyến hay khối phi tuyến, khối này tạo ra các sóng tần số có tần số sau đây:
wa, 2wa, 3wa, 
wo, 2wo, 3wo, 
wo - wa, 2wo - wa, wo +wa, 2wo +wa, 
Các tần số 2wo, 3wo, 2wa, 3wa do tính phi tuyến của khối.
Các tần số wo - wa, 2wo -wa, 2wa -wo,  do hiện tượng liên điều biến hay điều biến chéo.
Khối trộn tần
Khối khuếch đại phi tuyến
Khối dao động
Khối lọc thông dải
va = Vasinwat 
vo = Vosinwot 
Vasinwat + Vosinwot
ra
wa;2wa;...
wo;2wo;...
wo-wa;...
2wo-wa;...
2wa-wo;...
wo-wa
H.VII-1
- Khối lọc thông dải để loại các dải tần ngoài ý muốn và giữ lại dải tần cần thiết.
Trong thực tế khối trộn tần và khối khuếch đại phi tuyến là một, vì thực chất mạch chỉ cần khối phi tuyến.
- Khối lọc là mạch lọc thông dải dùng các phần tử R, L, và C, tinh thể thạch anh, phần tử lọc gốm, sóng bề mặt có dải thông qui định.
III. Một số mạch đổi tần dùng mạch dao động dùng trong máy thu thanh:
1. Mạch đổi tần dùng một transistor: 
Cva và Cvo là hai tụ điện đồng chỉnh
H.VII-2
fa
IBQ
fo
Transistor được dùng làm mạch dao động và mạch trộn sóng (H.VII-2). Transistor Q nhận sóng tần số fa từ cuộn dây điều hợp anten và sóng tần số fo vào cực phát.
Cva và Cvo là hai tụ điện đồng chỉnh
H.VII-3
fa
IBQ
fo
H.VII-3 cũng là mạch một transistor nhưng khác với H.VII-2 là mạch dao động có đường hồi tiếp đưa vào cực khiển thay vì cực phát transistor.
2. Mạch đổi tần dùng mạch dao động riêng (H.VII-4):
Có nhiều máy thu dùng mạch dao động có transistor khác với transistor trộn sóng. Sóng dao động không điều biến từ mạch dao động dùng transistor Q2 được đưa vào cực khiển Q1 cùng với sóng thu từ anten fa hoặc đưa vào cực phát của Q1. Lưu ý: cả 3 mạch H.VII-2, H.VII-3, và H.VII-4 các transistor Q1 đều có dòng phân cực IBQ rất thấp để có tính phi tuyến. Khối lọc tần số trung gian fo - fa của cả ba mạch đều là máy biến áp trung tần 1 chỉnh ở tần số trung gian 455KHz ở máy thu điều biên và 10,7MHz ở máy thu FM. Máy biến áp trung tần 1 có thể được thay bằng bộ lọc SAW như H.VII-5.
H.VII-4
H.VII-5
IV. Các biện pháp giải quyết vấn đề đồng chỉnh:
Muốn có tần số trung gian ổn định ở một tần số thí dụ như 455KHz thì tần số mạch dao động fo phải cao hơn (hay thấp hơn) tần số cộng hưởng fa của mạch điều hợp anten 455KHz tức là fo - fa = 455KHz với bất kỳ trị số nào của fa trong mỗi dải tần số máy thu. Do vậy mà hai tụ điện biến đổi Cva và Cvo phải được điều chỉnh đồng thời khi chỉnh dò đài. Để giải quyết vấn đề này hai giải pháp dược đưa ra tùy theo máy thu có một dải hay nhiều dải tần.
Nếu máy chỉ có một dải tần thì vấn đề được giải quyết bằng cách tính toán thiết kế hình dạng điện cực quay của các tụ điện biến đổi sao cho đạt điều kiện fo – fa = 455KHz ở mọi góc quay của tụ như H.VII-6.
2055
1600
995
540
KHz
fo -fo = 455KHz
Cv đóng lại
0 30 60 90 120 150 180o
H.VII-6
fo
fa
Nếu máy có nhiều dải tần cùng sử dụng một đôi tụ điện đồng chỉnh thì dùng các tụ điện đồng chỉnh To, Ta, Po, Pa để Cvo và Cva dung hợp với mọi dải tần. Sau đây là sơ đồ khung dao động LC của mạch điều hợp anten và mạch dao động. các lõi ferit Fa và Fo chỉnh La, Lo (H.VIII-7).
H.VII-7
To và Ta: chỉnh phía tần số cao trong dãi tần.
Fo, Fa: chỉnh phía tần số thấp hay giữa.
Po, Pa: thường là tụ điện điện dung lớn kết hợp với tụ điện tinh chỉnh để Cva và Cvo dung hợp với từng dải tần số máy thu.
II. Mạch đổi tần số dùng mạch tổng hợp tần số kỹ thuật số (DPLL Synthesize):
Mạch dao động thay đổi tần số có thể được thay bằng mạch tổng hợp tần số đã nói ở phần III chương VI.
Sau đây là sơ đồ khối phần đổi tần dùng mạch tổng hợp tần số và vòng khóa pha kỹ thuật số (H.VII-8). Nếu tần số mạch dao động thạch anh là 4MHz.
Khuếch đại trung tần
Trộn
VCO
Đệm
fo
fo¸V
So pha
fo¸V
fo¸VP
fc
fc¸R
fif
tách sóng
fc
XTAL
fo¸VP
fo¸N
Máy AM: R=8000
Máy FM: R=160
fc
fch
fo
H.VII-8
fo
Ta thử tính trong hai trường hợp:
a. Máy thu FM:
Dải từ 88MHz -108MHz. Mạch chia R = 160 cho tần số chuẩn fch bằng:
; fif = 10,7MHz.
fo = fa - fif. Vậy:
fomin = famin – fif = 88 –10,7 = 77,3 MHz.
fomax = famax – fif = 108 –10,7 = 98,7 MHz.
; . Vậy:
b. Máy thu AM:
Dãi tần từ 540KHz -1600KHz. Mạch chia R = 8000 cho tần số chuẩn fch bằng:
; fif = 455KHz.
fo = fa + fif. Vậy:
fomin = famin + fif = 540 + 455 = 995 KHz.
fomax = famax + fif = 1600 + 455 = 2055 KHz.
; .Vậy:
Sau đây là sơ đồ khối mạch đổi tần có mạch đổi tần dùng mạch tổng hợp tần số dùng vòng khóa pha kỹ thuật số máy AM-FM (H.VIII-9).
Trộn
AM
Trộn
FM
Khuếch đại trung tần FM
Khuếch đại trung tần AM
VCO
AM
Đệm
Đệm
So pha
Điều khiển
Hiển thị
fo¸N
fo
fc
fc¸R
XTAL
sóng FM
sóng AM
VCO
FM
fif =10,7MHz
fif = 455KHz
H.VII-9
III. Sóng ảnh ở máy thu đổi tần:
Với máy thu đổi tần số ở dãi sóng ngắn AM chúng ta gặp trường hợp máy thu được cùng một sóng ở hai tần số cộng hưởng của mạch điều hợp anten là fa1 và fa2. Thực ra tần số sóng chỉ là một, vị trí thứ hai của kim chỉ tần số không phải là tần số thứ hai mà là tần số gọi là tần số ảnh. Đó là tần số kim chỉ thị chỉ khi mạch dao động có tần số thấp hơn tần số sóng xuất hiện ở anten bằng fa-455KHz. Vậy kim chỉ thị (hay số chỉ thị nếu là máy có mạch tổng hợp tần số) chỉ tần số ảnh thấp hơn tần số thật của sóng một giá trị bằng 2x455KHz. Tần số ảnh và tần số thật được minh họa bởi H.VII-10.
10MHz
30MHz
16,85MHz
17,76MHz
tần số ảnh
tần số thật
SW2
H.VII-10
Tần số ảnh 	= tần số thật – (tần số trung gian x 2)
= 17,76MHz – (0,455MHz x 2) = 16,85MHz.