Hướng dẫn thí nghiệm Viễn thông

124 trang ngocly 860

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Hướng dẫn thí nghiệm Viễn thông", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

huong_dan_thi_nghiem_vien_thong.pdf

Nội dung text: Hướng dẫn thí nghiệm Viễn thông

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
TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 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
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 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. 1-1
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 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: A − B M = 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 1-2
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 Hiệu suất truyền (μ) là phân số của công suất tổng màđược chứa trong các biên. P μ = SB PT 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). 1-3
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 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. 1-4
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 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 1-5
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 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. 1-6
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 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 Bộ chân đế. Board mạch ANALOG COMMUNICATIONS Nguồn cung cấp 15 Vdc Dao động ký hai kênh Máy phát sóng sine/vuông IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 1-7
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 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? 1-8
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 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. 1-9
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 15. Khi quan sát tín hiệu AM trên kênh 2, tăng biên độ của tín hiệu tin tức cho đến khi dạng sóng đường bao của tín hiệu AM tiếp xúc đường chuẩn zero, như trong hình 1-22. Khoảng cách B trên dạng sóng tín hiệu AM bây giờ là 0.0 V. 16. Trên kênh 2 dao động ký, đo (theo đơn vị volt) khoảng cách dọc giữa các đỉnh trên và dưới của dạng sóng được điều chế (số đo A trong hình 1-22): A = ___ V. 17. Tính chỉ số điều chế: m = ___ . 18. Tính phần trăm điều chế: % Mod = ___. Trình tự tiến hành C - Điều chế 100%, quá điều chế, và hiệu suất truyền Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, sinh viên quan sát trạng thái điều chế 100%, quan sát hiện tượng quá điều chế, và tính hiệu suất truyền (μ). 26. Các công tắc S1, S2, và S3 ở vị trí OFF. Chỉnh dao động ký ở mode NORMAL. Chỉnh lại dao động ký VOLTS/DIV và TIME/DIV để cho tín hiệu AM trên kênh 2 xuất hiện như trên hình 1-21. 27. Tăng biên độ tín hiệu tin tức trên kênh 1 bằng cách điều chỉnh núm AF LEVEL trên máy phát tín hiệu cho đến khi tín hiệu AM xuất hiện như hình 1-23. Tín hiệu AM chưa được điều chế hay quá điều chế? Chưa được điều chế Quá điều chế Hình 1.23. 28. Chỉ số điều chế của tín hiệu AM lớn hơn hay nhỏ hơn 1? Lớn hơn 1 Nhỏ hơn 1 29. Tín hiệu quá điều chế có được mong muốn trong truyền thông AM? Tại sao? 30. Giảm tín hiệu tin tức để cho tín hiệu AM trên kênh 2 được điều chế 100% (xem lại hình 1-22). 31. Tính hiệu suất truyền μ = m2/ (2 + m2) = ___ . 32. Nếu công suất tổng tín hiệu (PT) là 50 kW, tính công suất biên (PSB) bằng cách dùng các giá trị tính được của μ PSB = μ x PT = ___. 2. Máy thu AM Trình tự tiến hành A - Kết nối mạch máy phát AM Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn sẽ kết nối và chỉnh máy phát AM và dùng tín hiệu ngõ ra của máy phát như tín hiệu ngõ vào của máy thu. 1-10
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 1. Kết nối mạch máy phát AM, như trình bày trong hình 1-24. Hình 1.24. 2. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper vào vị trí 1000 kHz. 3. Đặt các công tắt S1 và S2 ở vị trí OFF, S3 ở vị trí ON. Khi S3 ở ON, ANTENNA MATCHING IMPEDANCE sẽ tự động chỉnh đến 330Ω. 4. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu sóng mang của MODULATOR (C). 5. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, chỉnh biên độ tín hiệu sóng mang đến 0.1Vpk-pk bằng cách điều chỉnh núm trên khối mạch VCO-LO và điều chỉnh tần số tín hiệu sóng mang đến 1000 kHz bằng cách chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế. 6. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu tin tức MODULATOR (M). 7. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 2 dao động ký, chỉnh tín hiệu máy phát tín hiệu để có tín hiệu sóng sine 0.1Vpk-pk, 2 kHz tại ngõ vào tin tức của MODULATOR. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra của anten (R5). Đặt sweep đến 0.1 ms/DIV, và trigger trên kênh 2. Điều chỉnh núm MODULATOR để dạng sóng AM được điều chế 100%, như trình bày trong hình 1-22. Trình tự tiến hành B - Bộ lọc RF Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn điều chỉnh bộ lọc RF cho tần số cộng hưởng là 1000 kHz, là tần số của tín hiệu được phát. 8. Dùng jumper kết nối TRANSMITTER đến điện trở 1MΩ (R8) tại ngõ vào khối mạch AM/SSB RECEIVER (hình 1-25). Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào R8. Tín hiệu AM có được phát đến ngõ vào R8? Có Không Hình 1.25. 16. Bỏ những kết nối không cần thiết trong các phần RF FILTER và RF AMPLIFIER của mạch máy thu ngoại trừ jumper kết nối mạch TRANSMITTER, hình 1-26 trình bày sơ đồ RF FILTER và RF AMPLIFIER. 1-11
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 Hình 1.26. 17. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra RF AMPLIFIER. Điều chỉnh L5 ở điểm giữa để cho một tín hiệu xuất hiện trên kênh 1. 18. Điều chỉnh điện cảm L4 cho tín hiệu đỉnh – đỉnh cực đại tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Tần số cộng hưởng (fr) của RF FILTER là bao nhiêu? ___ kHz. 19. Với tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hiệu tin tức 2 kHz, LSB mà bộ lọc RF phải cho qua là tín hiệu gì? Tần số bao nhiêu? 20. Với tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hiệu tin tức 2 kHz, băng thông (BW) tối thiểu của RF FILTER cần thiết để cho qua tín hiệu AM thu được? Trình tự tiến hành C - Bộ khuếch đại RF: độ lợi công suất cực đại Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, sinh viên sẽ điều hưởng mạch RLC trong mạch khuếch đại cực thu RF sao cho độ lợi RF AMPLIFIER lớn nhất. Sau đó đo tín hiệu ngõ ra để tính công suất ngõ ra rms và độ lợi công suất của tầng RF. 21. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, điều chỉnh điện cảm R5 trong mạch cực thu RF AMPLIFIER cho tín hiệu sóng mang đỉnh – đỉnh lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. 22. Trên kênh 1, đo điện áp đỉnh – đỉnh của tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER (VRF(0)). Ghi lại kết quả: ___ V. 23. Chuyển đổi giá trị VRF(o)pk-pk đã tính ở bước 22 thành giá trị rms (VRF(o)rms = VRF(o)pk-pk x 0.3535). Dùng kết quả này thay vào biểu thức dưới đây để tính công suất rms của tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Trở kháng ngõ ra RF AMPLIFIER là 2 kΩ. Ghi kết 2 quả theo đơn vị microwatt. PRF(o) = VRF (o) / 2 kΩ. 24. Công suất ngõ vào và ngõ ra của tín hiệu sóng mang đến và đi khỏi tầng RF (RF FILTER và RF AMPLIFIER) được trình bày. Tính và ghi công suất ngõ vào theo dBm. dBmRF(i) = 10 x [log10 (PRF(i) / 1 mW)] = ___ dBm. 25. Tính công suất ngõ ra theo dBm. dBmRF(o) = 10 x [log10 (PRF(o) / 1mW)] = ___ dBm. 26. Từ công suất ngõ vào và ngõ ra theo dBm, tính độ lợi công suất của tầng RF theo dB. 1-12
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 APRF = dBmRF(O) – dBmRF(i) = ___ dB. 27. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến điểm M tại khối MIXER. Chỉnh L5 về điểm giữa để một tín hiệu xuất hiện trên kênh 1. 28. Chỉnh điện cảm L4 cho tín hiệu AM peak-peak lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. 29. Chỉnh điện cảm thay đổi (L5) trong mạch cực thu RF AMPLIFIER sao cho tín hiệu AM có biên độ đỉnh -đỉnh lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Tiến trình thực hành D - Bộ đổi tần Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ khảo sát ảnh hưởng của bộ MIXER trên tín hiệu AM bằng cách quan sát các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào của MIXER. 15. Kết nối ngõ ra của khối mạch VCO-HI 1455 kHz đến ngõ vào dao động nội (C) của MIXER như hình 1-27. Chỉnh núm điện thế VCO-HI xoay một vòng theo chiều kim đồng hồ. Kết nối ngõ ra MIXER đến ngõ vào IF FILTER bằng một jumper. Hình 1.27. 16. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER. Vặn núm điều chỉnh của MIXER cho tới khi tín hiệu ngõ ra xuất hiện như trong hình 1-28. Sự điều chỉnh này làm triệt đi tần số VCO-LO 1455 kHz trong tín hiệu ngõ ra. Hình 1.28. 17. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của IF FILTER. Khi quan sát ngõ ra IF FILTER, chỉnh tần số VCO-HI 1455 kHz bằng cách điều chỉnh núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế sao cho tín hiệu có điện áp đỉnh - đỉnh lớn nhất. Nếu việc điều chỉnh này không chính xác, tín hiệu AM sẽ không xuất hiện. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER, và kết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào M của MIXER. 18. Chỉnh điện thế của MIXER cho tín hiệu ngõ ra có hình dạng rõ. So sánh tín hiệu ngõ ra trên kênh 2 với tín hiệu ngõ vào trên kênh 1 của MIXER. Có một hình bao điều chế khác giống như tín hiệu trình bày trong hình 1-29, trong tín hiệu AM tại ngõ ra MIXER không? Có Không 1-13
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 Hình 1.29. 19. Chỉnh sweep dao động ký đến 1μs/DIV và trigger trên kênh 2. Tín hiệu ngõ ra của MIXER sẽ giống với tín hiệu phức tạp trình bày trên hình 1-30. Đo thờigian giữa các đỉnh của dạng sóng phức tạp, là số đo xấp xỉ của chu kỳ (T). Mỗi vạch chia ngang là 1 μs. T = ___ μs Hình 1.30. 20. Từ chu kỳ (T), tính toán tần số của dạng sóng phức tạp (f =1/T) theo đơn vị kilohertz. f = ___ kHz 21. Để chứng tỏ các thành phần tần số trong khoảng tần số 2455 kHz có hiện diện, chỉnh sweep dao động ký đến 0.2 μ/DIV. Tín hiệu trên kênh 2 sẽ xuất hiện. Đo và ghi tần số (f). Mỗi vạch chia là 0.2 μs. f = ___ kHz. Tiến trình thực hành G - Bộ lọc IF Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát tần số của bộ dao động nội ảnh hưởng đến tín hiệu ngõ ra bằng cách so sánh các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của bộ lọc IF . 23. Kết nối đầu dò kênh một dao động ký đến ngõ ra IF FILTER. Kênh 2 sẽ kết nối đến ngõ vào IF FILTER. Chỉnh sweep dao động ký đến 0.2 ms/DIV. Trigger trên kênh 2. 24. So sánh ngõ ra IF FILTER trên kênh 1 với ngõ vào IF FILTER trên kênh 2. Có một hình bao điều chế khác xuất hiện trong tín hiệu tại ngõ ra IF FILTER không ? Có Không 25. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra IF FILTER trên kênh 1, thay đổi một ít tần số của tín hiệu 1455kHz đến bộ MIXER bằng cách điều chỉnh vòng chỉnh tinh của núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế. 1-14
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 1 26. Tại sao tín hiệu ngõ ra IF FILTER biến mất khi tần số của tín hiệu 1455 kHz đến MIXER bị tăng hoặc giảm một ít? Tiến trình thực hành H - Bộ tách sóng hình bao Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát tín hiệu ngõ ra ENVELOPE DETECTOR của máy thu và so sánh nó với tín hiệu tin tức được gởi đến máy phát để kiểm tra ngõ ra của máy thu có thật sự là tín hiệu tin tức hay không. 27. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu tin tức MODULATOR trên khối mạch AM/SBB TRANSMITTER, và kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra ENVELOPE DETECTOR. 28. Tín hiệu tại ngõ ra ENVELOPE DETECTOR có tần số giống như tín hiệu tin tức không? Có Không 29. Tại máy phát tín hiệu, thay đổi tần số của tín hiệu tin tức 2 kHz. Tần số ngõ ra ENVELOPE DETECTOR có thay đổi theo tần số của tín hiệu tin tức? Có Không 30. Các đỉnh âm bị xén phẳng do méo của tín hiệu tin tức được gây ra do tín hiệu điều chế 100% đến ENVELOPE DETECTOR. Giảm chỉ số điều chế của tín hiệu AM phát bằng cách xoay từ từ núm điều chỉnh trên khối MODULATOR theo ngược chiều kim đồng hồ, đồng thời quan sát các đỉnh âm của tín hiệu tin tức được khôi phục trở lại bình thường. 31. Tại máy phát tín hiệu, thay đổi biên độ của tín hiệu tin tức 2 kHz. Biên độ ngõ ra ENVELOPE DETECTOR có thay đổi theo biên độ của tín hiệu tin tức? Có Không Bật công tắc CM 9 (chuyển sang vị trí ON) để thay đổi thời hằng xả RC của mạch ENVELOPE DETECTOR. Quan sát tín hiệu tin tức được khôi phục. Sự tăng hay giảm công tắt CM 9 có thay đổi thời hằng xả RC? (sinh viên có thể bật công tắc CM 9 đóng và mở để xem sự khác nhau.) VI. KẾT LUẬN ___ ___ ___ ___ ___ 1-15
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 BÀI 2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ GÓC (FM VÀ PM) I. MỤC ĐÍCH Hoàn thành bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả quá trình điều chế và giải điều chế góc bằng cách dùng các khối mạch VCO-LO, PHASE MODULATOR, và QUADRATURE DETECTOR trên board mạch ANALOG COMMUNICATIONS. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Điều chế Quá trình điều chế góc gồm hai dạng: điều chế tần số (FM) và điều chế pha (PM). FM và PM có liên hệ với nhau; khi cái này thay đổi thì cái kia cũng thay đổi theo. Như hình 2-1(a) minh họa, khi biên độ tín hiệu tin tức là zero, không có thay đổi ở tần số sóng mang FM; tín hiệu có tần số ở tại tần số trung tâm của nó, tức là tần số sóng mang chưa điều chế. Các thay đổi dương hay âm trong tần số sóng mang so với tần số trung tâm của nó được gọi là độ lệch tần số hay độ di tần. Sau đây là ba khái niệm điều chế tần số (FM) mà sinh viên cần nhớ: 1. Tần số tín hiệu sóng mang chỉ thay đổi tỷ lệ với biên độ tín hiệu tin tức. 2. Tần số của tín hiệu tin tức không ảnh hưởng đến độ lệch tần số của tín hiệu sóng mang nhưng ảnh hưởng đến tốc độ lệch. 3. Bất kỳ các thay đổi ở biên độ của sóng mang FM đều không chứa thông tin của tín hiệu tin tức; chỉ các độ lệch về tần số mới chứa thông tin. Như minh họa trong hình 2-1, độ lệch tần số sóng mang (cộng hoặc trừ) trong tín hiệu FM là lớn nhất khi biên độ của tín hiệu tin tức có giá trị đỉnh lớn nhất hay nhỏ nhất. Khi tín hiệu tin tức là zero, độ lệch tần số sóng mang là zero, bởi vì sóng mang ở tại tần số trung tâm của nó. Hình 2.1. Quan sát hình 2-2. Bởi vì các thay đổi biên độ FM không chứa bất kỳ thông tin của tín hiệu tin tức, biên độ của sóng mang FM có thể được giới hạn trong khoảng giá trị mong muốn. Kết quả là các gai biên độ nhiễu có thể được giảm bởi các mạch giới hạn. Các bộ khuếch đại lớp C hiệu suất cao, chỉ ảnh hưởng biên độ nhưng không ảnh hưởng tần số, có thể được dùng trong thiết bị FM. Truyền FM có khả năng loại nhiễu ngẫu nhiên tốt hơn truyền AM. Bởi vì sự loại nhiễu tốt hơn ở máy thu, FM có thể truyền trên khoảng cách lớn hơn AM với cùng một tần số và công suất máy phát 2-1
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 Hình 2.2. Độ di tần của tín hiệu FM là độ lệch tối đa của tần số tín hiệu FM so với tần số sóng mang. Hình 2.3. Chỉ số điều chế FM (MI) là tỉ số của độ di tần ∆ trên tần số tín hiệu tin tức (fm) β = ∆ / fm Ví dụ, nếu tín hiệu tin tức 5 kHz (fm) gây ra độ lệch tần số sóng mang là ± 10 kHz (∆), MI sẽ là 2. β = 10/5 = 2 Phần trăm điều chế (% Mod) là tỷ số giữa độ di tần với tần số sóng mang. Tần số trung tâm của tín hiệu sóng mang là tần số sóng mang không được điều chế: tần số không có tín hiệu tin tức (biên độ là zero). Khi độ lệch sóng mang là ít hơn ± 75kHz qui định bởi FCC cho điều chế 100% (hình 2-4), phần trăm điều chế cũng giảm. Ví dụ, độ lệch của 56.25 kHz (3/4 của 75 kHz) là điều chế 75%. Độ lệch của ± 37.5 kHz (1/2 của 75 kHz) là điều chế 50%. Hình 2.4. 2-2
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 Giống như AM, các biên tín hiệu sóng mang FM chứa thông tin tín hiệu tin tức (hình 2-5). Phổ của tín hiệu FM gồm một vạch phổ ở tần số fc ứng với thành phần tần số sóng mang và các cặp vạch phổ bên ở các tần số f c ± f m , f c ± 2 f m , . . . độ lớn của các vạch phổ này được tính dựa vào hàm Bessel. Hình 2.5. Băng thông của tín hiệu FM là dải tần số mà trong đó tập trung 99% công suất tín hiệu FM. Băng thông này phụ thuộc vào hai thông số : biên độ và tần số tín hiệu tin tức. Carsson đã đưa ra công thức tính gần đúng băng thông tín hiệu FM, gọi là quy tắc Carsson, như sau: BW ≈ 2(∆ + f m ) (3) với f m là tần số tín hiệu tin tức. Bảng sau đây chỉ ra số lượng các vạch phổ (kể cả vạch phổ trung tâm) nằm trong băng thông tín hiệu FM ứng với giá trị cho trước của chỉ số điều chế: Chỉ số điều chế 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Số vạch phổ 7 9 13 15 17 19 23 25 27 29 Bảng 2.1. Trong PM, tín hiệu sóng mang thay đổi pha của nó (và tần số) theo thay đổi trong biên độ và tần số tín hiệu tin tức (hình 2-6). Độ dịch pha tỷ lệ với biên độ tín hiệu tin tức. Khi pha của sóng mang thay đổi, cũng xảy ra sự lệch tần số. Độ lệch tần số (độ di tần) tỷ lệ với tốc độ và lượng dịch pha. Tốc độ dịch pha tỷ lệ với tần số của tín hiệu tin tức. Vì thế độ lệch tần số trong PM đối xứng trực tiếp với biên độ và tần số của tín hiệu tin tức. Hình 2.6. Đối với FM, sự thay đổi tần số tín hiệu tin tức không gây ra các độ lệch tần số trong tín hiệu sóng mang. Chỉ khi biên độ tín hiệu tin tức thay đổi mới gây ra sự lệch tần số sóng mang (xem hình 2-7). 2-3
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 Hình 2.7. Để có tỉ số tín hiệu trên nhiễu tốt trong điều chế pha và tần số, người ta thường dùng các bộ khuếch đại lớp C hiệu suất cao bởi vì méo biên độ không ảnh hưởng chất lượng tín hiệu. Các nhược điểm của phát thanh FM và PM là băng thông rộng và sự cần thiết phải thiết lập đường truyền thẳng (line-of-sight) cho các tín hiệu FM. 2. Giải điều chế Các bộ giải điều chế FM còn gọi là các bộ tách sóng hay các bộ tách pha. Bộ tách sóng cầu phương là một trong các mạch giải điều chế FM. Các mạch giải điều chế FM khác gồm bộ tách sóng Foster-Seeley, bộ tách sóng tỉ số, bộ tách sóng đếm xung, và bộ tách sóng dùng vòng khoá pha. Tất cả các mạch này chuyển sự thay đổi tần số FM thành biên độ và tần số của tín hiệu tin tức. Phần đầu của máy thu FM rất giống với máy thu AM hay SSB. Như hình 2-8 trình bày, phần đầu của máy thu FM gồm một tầng RF, một bộ đổi tần, bộ dao động nội, và một tầng IF. Ngoài ra có thể có thêm mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AGC). Tần số chuẩn cho tầng IF là 10.7 MHz, thay vì 455 kHz như điều chế AM. Tầng RF FM, bộ đổi tần, và tầng IF của máy thu FM rất giống với các mạch thu AM tương ứng. Bởi vì các khối này đã được khảo sát trong phần AM nên chúng không hiện diện trong máy thu FM trên board thí nghiệm (quá trình giải điều chế). Hình 2.8. Hình 2-8 trình bày máy thu FM gồm một mạch hạn biên và một bộ tách sóng. Bộ tách sóng là một thiết bị lọc ra tín hiệu tin tức từ các thay đổi tần số hay pha của tín hiệu sóng mang. Thuật ngữ mạch tách sóng thường được dùng thay cho thuật ngữ bộ giải điều chế FM. Bộ tách sóng tạo ra tín hiệu tin tức có độ lớn phụ thuộc vào độ lệch tần số sóng mang: tốc độ thay đổi của tần số sóng mang xác định tần số của tín hiệu tin tức, và độ lệch tần số không đổi xác định biên độ của tín hiệu tin tức. Mạch deemphasis mang phần tần số cao của tín hiệu tin tức trả lại thành các tần số thấp hơn với độ chính xác cao. Tầng audio khuếch đại và điều khiển âm lượng cho tín hiệu tin tức được khôi phục. Thuật ngữ cầu phương diễn tả quan hệ về pha giữa hai tín hiệu có tần số bằng nhau và vuông pha 900. Trên board mạch thí nghiệm, khối mạch QUADRATURE DETECTOR thực hiện chức năng bộ tách sóng: giới hạn và giải điều chế tín hiệu FM. Bộ tách sóng FM chuyển độ 2-4
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 lệch và tốc độ thay đổi tần số thành biên độ và tần số của tín hiệu tin tức. Sơ đồ đơn giản của bộ tách sóng cầu phương được trình bày trong hình 2-9. Hình 2.9. Tại ngõ vào của bộ tách sóng cầu phương, tín hiệu FM chia thành hai đường. Một tín hiệu FM đi đến bộ giới hạn / bộ dịch pha, có tác dụng chuyển độ di tần thành độ di pha với giá trị lệch pha khoảng 900. Các tín hiệu được gọi là cầu phương khi chúng có pha lệch nhau 900. Tín hiệu FM ban đầu và tín hiệu FM dịch pha là hai ngõ vào của bộ tách sóng pha, tức bộ điều chế cân bằng. Bộ tách sóng pha tạo ra một tín hiệu với tần số bằng hai lần tần số FM và một điện áp DC thay đổi theo sự lệch pha giữa hai ngõ vào. Bởi vì sự lệch pha giữa các tín hiệu ngõ vào bộ tách sóng pha thay đổi theo độ lệch tần số của tín hiệu FM nên điện áp ngõ ra DC của bộ tách sóng pha thay đổi theo biên độ và tần số của tín hiệu tin tức FM. Một bộ lọc thông thấp tại ngõ ra của bộ tách sóng pha loại bỏ tín hiệu tần số cao và cho qua điện áp ngõ ra DC thay đổi, đó chính là tín hiệu tin tức được khôi phục. III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Bộ chân đế F.A.C.E.T. Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2 Nguồn cung cấp 15 Vdc Dao động ký hai kênh Máy phát sóng sine V.O.M IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế FM và PM Tiến trình thực hành A – Điều chế tần số (FM) Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ điều chế tần số tín hiệu sóng mang, đo các thông số của nó, và quan sát các đặc tính của nó. Tín hiệu FM được phát bởi khối mạch VCO-LO. Trong bài này, sinh viên sẽ đặt jumper ở vị trí 452 kHz. (chưa thực hiện lúc này). Núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO dùng để điều chỉnh biên độ ngõ ra. Để điều chỉnh tần số ngõ ra VCO-LO, sinh viên sẽ điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên phần bên trái của bộ chân đế. Sơ đồ đơn giản của khối mạch VCO-LO được trình bày trong hình 2-10. Tần số bộ dao động được xác định bằng cách điều hưởng mạch LC. Sinh viên có thể điều hưởng mạch LC bằng cách thay đổi giá trị điện thế NEGATIVE SUPPLY tại anode của diode varactor CR2. Giá trị của điện áp âm tác động đến điện dung của CR2, do đó tác động đến tần số cộng hưởng của mạch LC. Khi điện áp NEGATIVE SUPPLY trở nên âm hơn thì tần số ngõ ra của VCO-LO 2-5
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 tăng. Tại 0V DC, tần số ngõ ra khoảng 310 kHz. Tại –10 V DC, tần số ngõ ra khoảng 510 kHz. Hình 2.10. 1. Trên khối mạch VCO- LO, nối jumper ở vị trí 452 kHz (hình 2-11). Xoay núm chỉnh biên độ một vòng theo chiều kim đồng hồ. 2. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến (FM) OUT trên VCO-LO. Chỉnh kênh 2 đến 200 mV/DIV và TIME/DIV đến 0.5 μs/DIV. 3. Chỉnh voltmeter ở chế độ đo điện áp DC. Kết nối voltmeter DC đến T trên khối mạch VCO-LO. 4. Để thay đổi tần số VCO-LO, chỉnh NEGATIVE SUPPLY đến giá trị –4.0 V DC tại điểm T. 5. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến T. Chỉnh kênh 1 đến 1.0V/DIV và Vertical Mode đến vị trí DC. Hình 2-11 6. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 dao động ký để các dạng sóng xuất hiện như trong hình 2-12. Tín hiệu DC ở kênh 1 (tại T - chỉ thị–4.0V) sẽ nằm trên vạch chia thứ hai từ đỉnh của màn hình dao động ký. Hình 2.12. 7. Đo chính xác chu kỳ (T) giữa các đỉnh của tín hiệu sóng mang FM không được điều chế trên kênh 2. Ghi kết quả theo đơn vị ms: T = ___ ms. 8. Từ chu kỳ (T), tính toán tần số trung tâm (f) của tín hiệu sóng mang FM không được điều chế. Ghi kết quả theo đơn vị kHz: f = 1/T = ___ Hz. 9. Sinh viên thay đổi điện áp để mô phỏng sự thay đổi biên độ tín hiệu tin tức (một tín hiệu sine). Quan sát màn hình dao động ký, chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim 2-6
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ để cho điện áp DC trên kênh 1 thay đổi khoảng 1V DC. Trên kênh 2, tần số sóng mang FM có thay đổi khi các điện áp DC trên kênh 1 thay đổi không? Có Không 10. Xác định độ lệch tần số của sóng mang FM khi biên độ tín hiệu tin tức thay đổi 1V DC. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim đồng hồ để thay đổi điện áp tại T trên khối mạch VCO-LO đến –5.0 V DC. 11. Đo chính xác chu kỳ (T) giữa các đỉnh của tín hiệu sóng mang FM được điều chế trên kênh 2. Ghi kết quả theo đơn vị μs: T = ___ μs. 12. Từ T, tính toán tần số của tín hiệu sóng mang FM được điều chế. Ghi kết quả bằng kHz. f = ___ kHz 13. Tính độ lệch tần số FM khi biên độ của tín hiệu tin tức thay đổi 1V. Tần số trung tâm FM là giá trị sinh viên tính được trong bước 8 và tần số của tín hiệu tin tức -1 V DC là giá trị sinh viên vừa tính toán trong bước 12: Δ = ___ kHz 14. Để chỉnh tần số sóng mang trở lại giá trị tần số trung tâm, chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY theo Hình 2-13 chiều kim đồng hồ để thay đổi điện áp tại T trên khối mạch VCO-LO từ -5.0 V DC đến -4.0 V DC. 15. Bây giờ sinh viên sẽ quan sát ảnh hưởng của tín hiệu tin tức 2 Vpk-pk, 5 kHz đối với tần số sóng mang FM. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến (M) trên khối mạch VCO-LO, như trong hình 5-15. 16. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để tạo một sóng sine 2.0Vpk-pk, 5 kHz tại T. Điều chỉnh này tương đương với thay đổi điện áp tại T là ± 1V. 17. Chỉnh TIME/DIV đến 0.5 μs/DIV, và trigger trên kênh 2. Quan sát trên kênh 2 để thấy tín hiệu FM. Khi biên độ tín hiệu tin tức là –1V, điện áp tại T giảm đến –5V và tần số tăng từ tần số trung tâm đến giá trị sinh viên tính toán được trong bước 12. Khi biên độ tín hiệu tin tức là 1V, tần số sẽ giảm so với tần số trung tâm. 18. Tính toán chỉ số điều chế (MI) cho một tín hiệu FM với độ lệch tần số (fcd) sinh viên xác định ở bước 13 và với một tín hiệu tin tức 5 kHz (fm) (MI = fcd /fm). 19. Dùng giá trị MI tính toán được ở bước 18, tính số vạch phổ có trong băng thông tín hiệu FM (xem bảng 2-1). Nếu MI không phải là số nguyên, dùng MI cao nhất kế tiếp để tính số lượng các vạch phổ. Số vạch phổ = ___ . 20. Với một tín hiệu tin tức 2.0 Vpk-pk, 5 kHz, các cặp phổ biên chiếm khoảng 5 kHz trên mỗi biên của tần số trung tâm. Tính toán băng thông (BW) của tín hiệu tin tức. Ghi kết quả theo đơn vị kilohertz. (BW = SSB x 5 kHz x2 = ___ kHz) Tiến trình thực hành B – Sự điều chế pha (PM) Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ thực hiện điều chế pha một tín hiệu sóng mang, đo sự thay đổi pha, và quan sát các đặc tính của nó. 2-7
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 Sinh viên dùng khối mạch PHASE MODULATOR, như trong hình 2-14(a), để tạo ra một tín hiệu PM. Sơ đồ đơn giản của khối mạch PHASE MODULATOR được trình bày trong hình 2-14(b). Hình 2.14(a) .Hình 2-14(b). Việc điều hưởng mạch LC xác định sự dịch pha của tín hiệu sóng mang. Sinh viên điều hưởng mạch LC bằng cách thay đổi giá trị của điện áp POSITIVE SUPPLY tại cathode của diode varator CR5. Giá trị của điện áp POSITIVE SUPPLY xác định điện dung CR5, từ đó ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng của mạch LC. Sinh viên sẽ chỉnh điện áp POSITIVE SUPPLY để ngõ ra của MODULATOR (ngõ vào LIMITER) Hình 2-15 là cùng pha với tín hiệu sóng mang. Khi điện áp POSITIVE SUPPLY tăng, ngõ ra của MODULATOR sớm pha hơn ngõ vào. Khi điện áp POSITIVE SUPPLYgiảm, ngõ ra của MODULATOR chậm pha hơn ngõ vào (hình 2-15). Khi một tín hiệu tin tức sóng sine được đưa đến M, độ lớn của nó làm cho pha của ngõ ra MODULATOR thay đổi. Vì biên độ của tín hiệu PM không chứa bất kỳ thông tin gì của tín hiệu tin tức, các gai nhọn tín hiệu bị gây ra do nhiễu có thể bị cắt bỏ để cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu PM. Mạch LIMITTER giữ biên độ của tín hiệu PM trong phạm vi mong muốn (hình 2-16). Mạch LIMTTER gồm một opamp với độ lợi là 1.0 và hai diode Schottky (CR6 và CR7) được nối từ ngõ ra đến ngõ vào. Chiều phân cực của các diode bị ngược nhau: các anode nối đến các cathode. Các diode phân cực ngược giới hạn các đỉnh âm và dương của tín hiệu đến giá trị điện áp thuận của diode. Khi đỉnh tín hiệu PM tiến đến khoảng 0.2 V, diode với anode của nó được nối đến ngõ ra dẫn và duy trì điện áp đỉnh dương PM tại giá trị khoảng 0.2 V. Tương tự, diode còn lại duy trì điện áp đỉnh âm PM tại 0.2 V. Các điện áp không mong muốn trên và dưới ± 0.2 V bị loại bỏ bởi mạch LIMTTER. CHÚ Ý: Diode Shottky có sụt áp thuận thấp trong khoảng từ 0.2 V đến 0.4 V. Hình 2.16. 2-8
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 21. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper vào vị trí 452 kHz. 22. Kết nối (FM) OUT trên khối mạch VCO-LO đến điểm C của khối MODULATOR trên khối mạch PHASE MODULATOR (hình 2-17). 23.Trong phần THỰC HÀNH này, các Hình 2-17 đầu dò dao động ký nên chỉnh đến vị trí X10 vì tín hiệu bị suy hao nhiều. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến điểm C trên khối mạch PHASE MODULATOR. Chỉnh kênh 1 tới 200mV/DIV và TIME/DIV bằng 1.0 μs/DIV. 24. Vặn núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO để chỉnh biên độ tín hiệu tại C bằng 600mVpk-pk. 25. Chỉnh volmeter ở chế độ đo điện áp DC. Kết nối volmeter DC đến điểm T trên khối mạch VCO-LO. 26. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở góc trên bên trái bộ chân đế để có điện áp -4.5V DC tại T, tức là giá trị tần số tín hiệu tại C khoảng 475 kHz. 27. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm giữa MODULATOR và LIMITER. Chỉnh kênh 2 Hình 2.18 đến 200 mV/DIV. 28. Để thay đổi tần số VCO-HI, chỉnh núm POSITIVE SUPPLY ở góc trên bên phải của bộ chân đế để tín hiệu ngõ ra MODULATOR (kênh 2) cùng pha với tín hiệu VCO-LO (kênh 1), như trong hình 2-18. 29. Khi quan sát màn hình dao động ký vặn từ từ núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ. Thay đổi điện áp POSITIVE SUPPLY tức là thay đổi biên độ tín hiệu tin tức. 30. Khi điện áp POSITIVE SUPPLY thay đổi, quan hệ pha giữa tín hiệu ngõ ra MODULATOR trên kênh 2 với tín hiệu ngõ vào kênh 1 có thay đổi không? Có Không 31. Chỉnh điện áp POSITIVE SUPPLY để các tín hiệu trên kênh 1 và kênh 2 cùng pha. 32. Quan sát ảnh hưởng của một tín hiệu tin tức 3Vpk-pk, 5 kHz đối với tần số sóng mang PM. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến điểm M trên MODULATOR. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến M, như trong hình 2-19. chỉnh kênh 1 đến 1 V/DIV và TIME/DIV bằng 0.1 ms/DIV. 33. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để tạo một sóng sine 3Vpk-pk, 5kHz tại M trên khối MODULATOR. Hình 2-19 34. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến C, và kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm giữa MODULATOR và DETECTOR. Các đầu 2-9
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 dò nên ở vị trí X10. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 đến 200mV/DIV, và chỉnh TIME/DIV đến 1μs/DIV. Trigger trên kênh 1 và chỉnh VERT MODE ở vị trí ALT. 35. Kênh 1 hiển thị sóng mang không được điều chế, và kênh 2 hiển thị tín hiệu điều chế pha. Các tín hiệu này như thế nào? 36. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra LIMITER. So sánh các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của LIMITER. LIMITER có làm giảm biên độ của tín hiệu PM không? Có Không 2. Giải điều chế Tiến trình thực hành A - Bộ dịch pha và mạch hạn biên Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát bộ dịch pha làm thay đổi pha của tín hiệu sóng mang FM như thế nào và mạch hạn biên làm giảm biên độ của tín hiệu sau khi dịch pha như thế nào. Mạch giới hạn/dịch pha gồm một bộ khuếch đại, một tụ điện, một mạch LC, và một mạch hạn biên. Tín hiệu FM chia thành hai đường tại ngõ vào của bộ tách sóng cầu phương. Một tín hiệu FM là ngõ vào đến bộ khuếch đại Opamp đảo với độ lợi bằng 2. Tụ điện có tác dụng 0 dịch pha tín hiệu FM đi 90 . Bởi vì tần số cộng hưởng (fr) của mạch LC bằng tần số trung tâm FM nên ở tần số trung tâm FM, mạch LC trở thành điện trở thuần. Do đó sự dịch pha 900 của tần số trung tâm không bị ảnh hưởng bởi mạch LC. Tuy nhiên, các tần số lớn hơn hay nhỏ 0 hơn fr đều bị dịch pha ít hay nhiều hơn 90 một cách tương ứng, so với tín hiệu FM ban đầu. Tín hiệu FM sau khi dịch pha được đưa đến bộ giới hạn. Như hình 2-20 trình bày, mạch hạn biên gồm có hai diode được nối từ ngõ ra xuống đất với các cực của nó được bố trí ngược nhau: các anode nối với các cathode. Các diode có cực ngược nhau làm giới hạn biên độ ngõ ra và tối thiểu hoá bất kỳ sự điều chế AM nào mà bộ dịch pha có thể gây ra. Hình 2.20. Hình 2.21. 1. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper ở vị trí 452 kHz (hình 2-21). 2-10
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 2. Kết nối (FM) OUT trên khối mạch VCO-LO đến ngõ vào FM trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR. 3. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào FM trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV và TIME/DIV bằng 1μs/DIV. Với núm điều chỉnh trên VCO-LO, chỉnh tín hiệu sóng mang FM chưa điều chế tại ngõ vào FM đến 300 mVpk-pk. 4. Kéo núm vặn TIME VARIABLE dao động ký ra, và điều chỉnh tín hiệu kênh 1 để cho một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang, như trong hình 2-22. Mỗi vạch chia ngang dao động ký bằng 450. 5. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của PHASE SHIFTER/LIMITER trên khối mạch Hình 2-22 QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 2 đến 200mV/DIV. Chỉnh tần số FM bằng cách điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở góc trên bên trái của bộ chân đế cho đến khi tín hiệu trên kênh 2 có biên độ lớn nhất. Nếu cần thiết, chỉnh lại tín hiệu kênh 1 để cho một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang. 6. Khi biên độ ngõ ra của PHASE SHIFTER/LIMITER là lớn nhất, tần số trung tâm FM bằng với tần số gì: Tần số cộng hưởng mạch LC (fr) Một nửa tần số của tín hiệu FM gốc? 7. Độ lệch pha giữa tín hiệu sóng mang FM chưa điều chế trên kênh 1 và tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER trên kênh 2 là bao nhiêu? Δφ = ___ ° 8. Trong mạch PHASE SHIFTER/LIMITER, thành phần nào gây ra dịch pha 900 giữa các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra: Bộ khuếch đại Điện dung Mạch LC Mạch hạn biên? 9. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế một vòng theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ để thay đổi tần số FM. Tại sao sự lệch pha giữa các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào tăng và giảm trong khi biên độ luôn luôn giảm: do mạch LC gây ra dịch pha khi tần số FM thay đổi hay do độ dịch pha 900 gây ra bởi tụ điện thay đổi? 10. Nếu một tín hiệu tin tức điều chế sóng mang FM, ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER sẽ thay đổi pha tuỳ theo độ lệch tần số của tín hiệu FM được điều chế? 11. Tại sao tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER trên kênh 2 có các đỉnh và trũng bằng phẳng? Mạch hạn biên hạn chế biên độ của tín hiệu ngõ ra Tín hiệu ngõ ra không cùng pha với tín hiệu ngõ vào? 2-11
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 12. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2), giảm biên độ của tín hiệu ngõ vào (kênh 1) đến khoảng 100 mVpk-pk và sau đó trở lại đến 300 mVpk-pk bằng cách vặn núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ. 13. Khi giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến 100 mVpk-pk, tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2) có trở thành một sóng sine hay bằng phẳng hơn không? Có Không Tiến trình thực hành B – Bộ tách sóng pha và bộ lọc Trong PHẦN TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ khảo sát bộ tách sóng pha và bộ lọc khôi phục tín hiệu tin tức. Hình 2.23. Tín hiệu FM ban đầu và tín hiệu FM dịch pha 900 từ mạch hạn biên được kết hợp với nhau ở bộ tách sóng pha, đó là một bộ điều chế cân bằng (hình 2-23). Bộ điều chế cân bằng này kết hợp các tần số ngõ vào FM để tạo ra các thành phần tần số tổng hiệu. Do các tín hiệu ngõ vào có tần số bằng nhau nên tần số tổng bằng 2 lần tần số FM và thành phần tần số hiệu trở thành điện áp DC thay đổi theo độ lệch pha so với giá trị trung tâm là 900. Tín hiệu tin tức gây ra các độ lệch pha tần số FM, và được chuyển thành sự khác nhau về pha, do đó thành phần điện áp DC (hiệu) ở ngõ ra bộ tách sóng pha thay đổi trực tiếp theo tín hiệu tin tức. Vì thế, ngõ ra của bộ tách sóng pha chứa thành phần tần số tổng và thành phần tín hiệu tin tức. Mạch RL tại ngõ ra của bộ tách sóng pha là một bộ lọc thông thấp có tác dụng loại bỏ thành phần tần số tổng và cho qua thành phần tín hiệu tin tức. 15. Kết nối mạch và các đầu dò dao động ký kênh 1 và kênh 2 như hình 2-24. Hình 2.24. Hình 2.25 16. Điều chỉnh các tín hiệu trên dao động ký kênh 1 và kênh 2, như hình 2-25. TÍN HIỆU KÊNH 1: điều chỉnh 300mVpk-pk. Điều chỉnh dao động ký để một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia. TÍN HIỆU KÊNH 2: điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế để cho dạng sóng trên kênh 2 vuông 900 so với pha của tín hiệu kênh 1. 2-12
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 17. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE DETECTOR. 18. Tín hiệu ngõ ra của PHASE DETECTOR trên kênh 2 là gì? Thành phần tần số tổng Thành phần tần số hiệu 19. Thành phần tần số hiệu ở ngõ ra của PHASE DETECTOR là gì? Tần số trung tâm FM Một điện áp DC 20. Yếu tố nào thay đổi điện áp ngõ ra DC của PHASE DETECTOR (thành phần hiệu)? Các thay đổi tần số Các thay đổi pha 21. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ vào của PHASE DETECTOR. Nếu cần thiết, chỉnh tần số FM bằng núm vặn NEGATIVE SUPPLY để cho độ lệch pha giữa các tín hiệu ngõ vào trên kênh 1 và 2 là 900 (xem bước 16). 22. Chỉnh voltmeter để đo các điện áp DC. Kết nối dây dẫn của voltmeter đến ngõ ra của PHASE DETECTOR, và kết nối dây chung đến đất. Với sự khác pha 900 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR (V900 = ___ V) 23. Điều chỉnh độ lệch pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 bằng 1350 bằng cách chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo ngược chiều kim đồng hồ (hình 6-31(a)). Với độ lệch pha1350 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR: V1350 = ___ V Hình 2.26(a). Hình 2.26(b). 24. Điều chỉnh độ lệch pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 đến 450 bằng cách chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim đồng hồ (xem hình 2-26(b)). Với độ lệch pha 450 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR: V450 = ___ V 25. Khi độ lệch pha tăng hay giảm từ giá trị 900, điện áp ngõ ra DC có thay đổi không? Có Không 26. Điều chỉnh sự khác nhau về pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 trở lại 900 (hình 6-8) bằng cách chỉnh tần số FM với núm NEGATIVE SUPPLY. 27. Sinh viên sẽ điều chế sóng mang FM bởi một tín hiệu tin tức 300 mVpk-pk, 3 kHz. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến (M) trên khối mạch VCO-LO (hình 2-27). 2-13
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 2 Hình 2.27. 28. Kết nối đầu dò kênh 1 đến T trên VCO-LO. Đẩy núm TIME VARIABLE trên dao động ký vào, và xoay nó một vòng theo chiều kim đồng hồ. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV, chỉnh TIME/DIV đến 0.1 ms/DIV, và trigger trên kênh 1. 29. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để phát một sóng sine 300mVpk-pk, 3 kHz tại điểm T trên VCO-LO (kênh 1). 30. Kết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào FM của QUADRATURE DETECTOR. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER. Chỉnh kênh 1 đến 100mV/DIV, và chỉnh kênh 2 đến 200mV/DIV. Chỉnh TIME/DIV đến 0.5 μs/DIV. Chỉnh VERT MODE ở vị trí ALT, và trigger trên kênh 1. 31. So sánh các tín hiệu tại hai ngõ vào PHASE DETECTOR. Pha của tín hiệu FM trên kênh 2 có đang thay đổi theo tín hiệu trên kênh 1? Có Không 32. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của PHASE DETECTOR để quan sát tín hiệu tần số tổng. Trên kênh 2 mức DC, tức đường chuẩn zero (điểm giữa) của tín hiệu tần số tổng, có thay đổi? Có Không 33. Chỉnh TIME/DIV của dao động ký đến 0.2 ms/DIV. Kết nối đầu dò kênh 1 đến điểm T tại khối mạch VCO-LO để quan sát tín hiệu tin tức. Trigger trên kênh 1. Quan sát các thay đổi DC của tín hiệu ngõ ra PHASE DETECTOR trên kênh 2. 34. So sánh tín hiệu tin tức trên kênh 1 với các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR trên kênh 2. Các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR có tần số giống như tín hiệu tin tức không? Có Không 35. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của FILTER. Chỉnh kênh 2 đến 50mV/DIV. Quan sát tín hiệu tin tức trên kênh 1 và ngõ ra FILTER trên kênh 2. Thay đổi tần số và biên độ tín hiệu tin tức. Tín hiệu tin tức được khôi phục trên kênh 2 có thay đổi theo biên độ và tần số tín hiệu tin tức trên kênh 1 không? Có Không 36. FILTER có loại bỏ tần số tổng hay tần số tín hiệu tin tức không? Có Không V. KẾT LUẬN ___ ___ ___ 2-14
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 BÀI 3 MÃ HÓA ĐƯỜNG TRUYỀN (Line Coding) I. MỤC ĐÍCH Khi hòan tất bài thí nghiệm này, sinh viên có thể mô tả được ba kỹ thuật mã hóa đường truyền thông dụng trong thông tin số là NRZ, RZ và Manchester, và giải thích được ưu nhược điểm của từng loại. Sinh viên cũng hiểu được cách mã hóa đường truyền bằng một trong ba phương pháp trên cững như cách giải mã và những yêu cầu cần thiết để giải mã ở máy thu. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KÊNH TRUYỀN Hình 3-1 Việc truyền dữ liệu giữa hai thiết bị viễn thông được thực hiện theo một trong hai phương thức: truyền tín hiệu dải nền (còn gọi là tín hiệu băng gốc) và truyền tín hiệu băng dải (passband). Trong truyền tín hiệu dải nền, tín hiệu tin tức sẽ được truyền trực tiếp trên kênh truyền mà không cần điều chế. Khi truyền tín hiệu ở dải nền thì các đặc tính của tín hiệu phải phù hợp với kênh truyền. Các đặc trưng của tín hiệu bao gồm: thông tin định thời, sự dịch mức DC do chuỗi 0 hoặc chuỗi 1 kéo dài và phổ tần số của tín hiệu. 1. Mã hóa Mã hóa là thay đổi cách thức truyền dữ liệu trên đường truyền. Các kỹ thuật mã hóa khác nhau đều có một sự trao đổi giữa các yếu tố: đáp ứng tần số, băng thông, vấn đề định thời và sự dịch mức DC. Các kỹ thuật mã hóa được khảo sát trong bài thí nghiệm này bao gồm: NRZ (non-return-to-zero), RZ (return-to- zero) và Manchester. a) Mã hóa NRZ: Các mức điện áp nhị phân của dữ liệu NRZ được giữ nguyên trong suốt một chu kỳ bit và không trở về 0 trong suốt chu kỳ bit. b) Mã hóa RZ: Các mức nhị phân của dữ liệu được biểu diễn bằng mức điện áp tương ứng trong nửa chu kỳ bit, sau đó trở về 0 trong nửa chu kỳ bit kế tiếp. c) Mã hóa Manchester: 3-1
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 Các bit 1 và bit 0 của dữ liệu được biểu diễn bằng mức điện áp tương ứng trong một nửa chu kỳ bit đầu, và bằng mức điện áp ngược lại ở nửa chu kỳ bit sau. Cơ sở để lựa chọn kỹ thuật mã hóa thích hợp là dựa vào ba đặc trưng của tín hiệu đã nêu ở trên. Các đặc trưng này được chọn sao cho phù hợp với kênh truyền và đảm bảo sự đồng bộ giữa bên phát và bên thu. Một số phương pháp mã hóa có kết hợp thông tin về xung clock ngay trong dữ liệu truyền, một số phương pháp khác đòi hỏi phải truyền cả xung clock và dữ liệu. Khi có sự chuyển đổi mức ở các chu kỳ bit thì máy thu có thể dựa vào đó để khôi phục xung clock. Nếu các tín hiệu dữ liệu truyền đi không có sự chuyển trạng thái trong các chu kỳ bit thì buộc phải truyền thêm xung clock riêng để đồng bộ. Về phương diện này, mã Manchester có ưu điểm nhất vì nó đảm bảo ít nhất một lần chuyển đổi mức trong một chu kỳ bit. Về cách biểu diễn các mức logic bằng điện áp, có hai dạng sóng tín hiệu được dùng: dạng đơn cực (5V và 0V) và dạng lưỡng cực (+5V và -5V). Có thể thực hiện giao tiếp với các kênh truyền bằng hai cách: ghép trực tiếp hoặc ghép AC. Trong hệ thống ghép AC, thành phần DC bị chặn và các thành phần tần số thấp bị suy giảm. Nhiều phương tiện truyền có đặc tính tần số giống như một bộ lọc thông dải, chỉ cho phép truyền tín hiệu trong một dải tần từ fC1 đến fC 2 . Hình vẽ dưới đây thể hiện các thành phần năng lượng của các kỹ thuật mã hóa nêu trên. Phương pháp NRZ lưỡng cực có nhược điểm là hầu hết các thành phần năng lượng của nó tập trung ở khoảng tần số zero (DC). Trong khi đó, phương pháp Manchester dời các thành phần năng lượng lên vùng tần số cao hơn nên có thể truyền được cả trên các kênh truyền có đáp ứng bị chặn ở vùng DC. Tuy nhiên, đổi lại, phương pháp Manchester lại làm tăng băng thông của tín hiệu, do đó có thể dẫn đến lỗi khi truyền trên kênh có băng thông giới hạn. 3-2
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 Với tín hiệu NRZ, chuỗi bit 1 dài sẽ làm tăng mức DC của tín hiệu, còn chuỗi bit 0 dài lại làm giảm mức DC của tín hiệu. Trên kênh truyền ghép AC, đặc tính giới hạn tần số cao làm cho dạng xung tín hiệu bị méo. Các vấn đề trên dẫn đến tăng sai số khi khôi phục dữ liệu. Thay vì dùng các mức điện áp cố định cho chuỗi bit 1 hoặc bit 0, phương pháp Macnchester dùng một chuỗi các chuyển đổi mức. Điều này làm cho mức DC của tín hiệu không bi thay đổi và gần bằng 0. 2. Giải mã Dữ liệu mã hóa không thể được truyền từ máy phát đến máy thu một cách đáng tin cậy mà không có sự đồng bộ giữa xung clock của máy phát và máy thu. Trong thực tế, các tín hiệu dữ liệu và tín hiệu clock có thể được truyền trên hai đường truyền riêng biệt. Lưu ý: tín hiệu mã hóa RZ có thể được tạo ra bằng cách sử dụng cổng AND với hai ngõ vào là tín hiệu NRZ và tín hiệu clock. Để giải mã dữ liệu RZ ở máy thu trở về dạng NRZ, ta dùng một Flip-Flop loại D. 3-3
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 Nếu ở ngõ vào của cổng XOR, ta đặt tín hiệu NRZ và tín hiệu xung clock thì ở ngõ ra của nó sẽ là tín hiệu mã hóa Manchester. Để giải mã tín hiệu mã hóa Manchester về dạng NRZ, ta lại dùng một cổng XOR ở máy thu. Khi truyền trên khoảng cách xa, sự kết nối trực tiếp giữa máy phát và máy thu là không khả thi. Do đó sẽ không có đường tín hiệu clock chung. Dữ liệu truyền đi phải được điều chế bằng các kỹ thuật như ASKM, FSK, và sẽ được giải điều chế tại máy thu. Đồng thời, ở máy thu phải có một bộ phận đồng bộ xung clock để khôi phục tín hiệu clock từ dữ liệu phát. III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Bộ chân đế F.A.C.E.T. Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2 Nguồn cung cấp 15 Vdc Dao động ký hai kênh Máy phát sóng sine V.O.M IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Mã hóa Trình tự tiến hành A – Mã hóa NRZ 1. Xác định vị trí khối mạch ENCODER. Kết nối đầu dò kênh 1 của dao động ký với điểm CLK và kênh 2 với điểm SYNC. 2. Nối đầu dò EXT với điểm SYNC để đồng bộ các tín hiệu quan sát với nhau. Nối GND của dao động ký với điểm GND trên board mạch. 3-4
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 Hình 3-1 3. Điều chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở vị trí 5V/DIV và time base ở vị trí 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của ngõ vào EXT. 4. Chỉnh dao động ký để có dạng sóng như hình 3-2. Hình 3-2 5. Đo chu kỳ xung clock trên kênh 1: T = ___ ms. 6. Có bao nhiêu chu kỳ xung clock giữa các xung đồng bộ? Số chu kỳ clock = ___. 7. Di chuyển đầu dò kênh 2 đến vị trí NRZ. Không thay đổi các thông số của dao động ký. Hình 3-3 8. Mỗi chu kỳ xung clock ứng với 1 bit dữ liệu. Hãy xác định chuỗi bit nhị phân (8 bit) được phát? Data = ___. 9. Quan sát dạng sóng NRZ, tín hiệu có giữ nguyên mức điện áp (cao hoặc thấp) trong suốt chu kỳ bit? Có Không 10. Thông tin định thời là một đặc trưng quan trọng của các phương pháp mã hóa đường truyền. Một đặc trưng khác cũng rất quan trọng là tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ baud (tốc độ truyền dữ liệu) được định nghĩa là nghịch đảo của khỏang thời gian của một phần tử tín hiệu ngắn nhất. Hình 3-4 11. Chu kỳ xung clock đã được đo ở bước 5: T = ___ms. Vậy tốc độ baud của tín hiệu NRZ quan sát được là bao nhiêu: baud rate = ___ baud. 3-5
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 12. Tốc độ truyền dữ liệu cũng được định nghĩa theo số bit truyền được trong 1s, gọi là tốc độ bit. Tốc độ bit và tốc độ baud có thể bằng nhau hoặc khác nhau, tùy vào phương pháp mã hóa và các phần tử tín hiệu. 13. Tốc độ bit (tính bằng bps) của tín hiệu NRZ nêu trên là bao nhiêu: R = ___ bps. 14. Tốc độ bit và tốc độ baud của tín hiệu NRZ quan sát được có bằng nhau không? Tại sao? ___. Trình tự tiến hành B – Mã hóa RZ 15. Tháo tất cả các jumper và dây nối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2. 16. Nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC. 17. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT. Hình 3-5 18. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-6. Hình 3-6 19. Di chuyển kênh 2 dao động ký đến vị trí RZ. Hình 3-7 20. Dựa trên tín hiệu RZ quan sát được, hãy xác định chuỗi bit nhị phân phát đi? ___. 21. Quan sát tín hiệu RZ trên kênh 2. Tín hiệu này mang thông tin về xung clock: một cách đầy đủ chỉ một phần không mang thông tin gì 22. Tốc độ baud của tín hiệu RZ trên kênh 2: baud rate = ___ baud. 3-6
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 23. Tốc độ bit của tín hiệu RZ quan sát được trên kênh 2? R = ___ bps. 24. Tốc độ bit và tốc độ baud của tín hiệu RZ không bằng nhau? Vì sao? ___. Trình tự tiến hành C – Mã hóa Manchester 25. Tháo tất cả các jumper và dây nối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2. 26. Nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC. Hình 3-8 27. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT. 28. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9. Hình 3-9 29. Di chuyển kênh 2 dao động ký đến vị trí MAN. Hình 3-10 30. Tín hiệu trên kênh 2 biễu diễn chuỗi bit nhị phân (8 bit) nào? ___. 31. Quan sát tín hiệu RZ trên kênh 2. Tín hiệu này mang thông tin về xung clock: một cách đầy đủ chỉ một phần không mang thông tin gì 32. Tốc độ baud của tín hiệu mã hóa Manchester trên kênh 2: baud rate = ___ baud. 33. Tốc độ bit của tín hiệu mã hóa Manchester quan sát được trên kênh 2? R = ___ bps. 34. Tốc độ bit và tốc độ baud của tín hiệu RZ không bằng nhau? Vì sao? ___. 3-7
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 Lưu ý: một khái niệm liên quan đến baud rate là băng thông tín hiệu. Tín hiệu có tốc độ baud càng cao đòi hỏi băng thông càng rộng. 35. Di chuyển kênh 1 về vị trí NRZ. Quan sát và đo tốc độ baud của tín hiệu NRZ? baud rate = ___ baud. 36. Giữa hai tín hiệu NRZ và Manchester, tín hiệu nào có băng thông lớn hơn? NRZ Manchester Trình tự tiến hành D – Tín hiệu đơn cực và lưỡng cực 37. Tháo tất cả các jumper và dây nối trên board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2. 38. Nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK và kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC. 39. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT. 40. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9. 41. Kết nối jumper ở khối MODULATORS như hình vẽ 3-11. Di chuyển đầu dò kênh 1 về vị trí NRZ và đầu dò kênh 2 về vị trí POLAR (hình 3-11). Hình 3-11 42. Chỉnh vertical mode về GND cho cả hai kênh. Sau đó điều chỉnh vị trí đường chuẩn của hai kênh như hình 3-12. Hình 3-12 Hình 3-13 43. Chỉnh vertical mode trở về DC. Kênh 1 hiển thị tín hiệu NRZ dạng đơn cực còn kênh 2 hiển thị tín hiệu NRZ lưỡng cực (hình 3-13). 44. Quan sát tín hiệu đơn cực. Mức nhị phân 1 được biểu diễn bằng điện áp dương còn mức 0 được biểu diễn bằng điện áp zero. Dạng sóng tín hiệu nằm phía trên đường chuẩn. Đo mức điện áp dương biểu diễn bit 1: V1 = ___ V. 45. Quan sát tín hiệu lưỡng cực. Mức 1 biểu diễn bằng điện áp dương và mức 0 biểu diễn băng mức điện áp ngược lại. Dạng sóng tín hiệu nằm về hai phía của đường chuẩn. Đo mức điện áp âm biểu diễn bit 0: V0 = ___ V. 3-8
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 46. Tháo kênh 2 của dao động ký ra khỏi mạch và chuyển kênh 1 đến vị trí POLAR trên khối MODULATORS (hình 3-14). Kênh 1 sẽ hiển thị chuỗi bit 10110100 dạng NRZ lưỡng cực . Hình 3-14 47. Dùng đồng hồ đo DC để đo thành phần DC của tín hiệu NRZ lưỡng cực nói trên. DC = ___ mVDC 48. Hiệu chỉnh mạch để chuyển dữ liệu nhị phân thành 01000100. Dùng đồng hồ đo DC để đo lại thành phần DC của tín hiệu NRZ lưỡng cực mới. DC = ___ VDC 49. Tháo jumper khỏi vị trí NRZ trên khối MODULATORS. Dùng dây dẫn nối từ vị trí MAN trên khối ENCODER sang khối MODULATORS như hình 3-15. Hình 3-15 50. Dùng đồng hồ đo DC để đo thành phần DC của tín hiệu Manchester lưỡng cực nói trên. DC = ___ mVDC 51. Hiệu chỉnh mạch để chuyển dữ liệu nhị phân thành 01000100. Dùng đồng hồ đo DC để đo lại thành phần DC của tín hiệu Manchester lưỡng cực mới. DC = ___ mVDC 52. Từ kết quả đo, cho biết phương pháp mã hóa nào có thành phần DC nhỏ nhất (không quan tâm đến data), mã NRZ hay Manchester? 1. Giải mã Trình tự tiến hành A – Giải mã tín hiệu RZ 1. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC. 2. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT. 3-9
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 3. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9. 4. Trên khối ENCODING, gắn jumper nối giữa RZ và ngõ vào của khối D Flip-Flop. Di chuyển kênh 2 đến vị trí RZ (xem hình 3-16). Hình 3-16 5. Quan sát dữ liệu RZ (kênh 2) ở ngõ vào D Flip-Flop. Khi giải mã RZ thành NRZ, tín hiệu clock phải: truyền trên đường truyền riêng được khôi phục từ dữ liệu RZ 6. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra D Flip-Flop và kênh 1 đến vị trí NRZ trên khối ENCODER. Hình 3-17 7. So sánh dữ liệu mã hóa NRZ (CH1) và dữ liệu NRZ sau khi giải mã (CH2). Tín hiệu giải mã bị trễ so với tín hiệu mã hóa: một chu kỳ xung clock nửa chu kỳ xung clock 8. Di chuyển đầu dò kênh 1 sang vị trí RZ (ngõ vào D). Sự chuyển trạng thái từ thấp lên cao lần đầu tiên của xung clock làm ngõ ra Q của bộ giải mã chuyển sang: mức cao mức thấp 9. Dữ liệu giải mã NRZ phụ thuộc mức dữ liệu RZ tại mỗi cạnh lên của xung clock. Ở chu kỳ bit thứ 5, dữ liệu NRZ ở ngõ ra là bit 1 hay 0? ___. Trình tự tiến hành B – Giải mã tín hiệu mã hóa Manchester 10. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với vị trí SYNC. 11. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT. 12. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9. 13. Trên khối ENCODING, gắn jumper nối giữa RZ và ngõ vào của khối D Flip-Flop. Di chuyển kênh 2 đến vị trí RZ (xem hình 3-18). 3-10
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 Hình 3-18 14. Cổng XOR dùng để giải mã tín hiệu mã hóa Manchester về dạng NRZ. Quan sát các tín hiệu ở ngõ vào cổng XOR. Khi giải mã tín hiệu Manchester, tín hiệu clock ở ngõ vào cổng XOR: được trích từ tín hiệu mã hóa Manchester phải đến từ một đường truyền riêng 15. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra cổng XOR và kênh 1 đến vị trí MAN trên khối ENCODER. Hình 3-19 Hình 3-20 16. So sánh các dạng sóng CLOCK và MAN. 17. Ngõ ra cổng XOR bằng 1 khi hai ngõ vào bù nhau. Các xung gai xuất hiện ở kênh 2 là do thời gian trì hõan khi chuyển trạng thái của các tín hiệu ngõ vào. Điều này có thể gây ra lỗi trong quá trình giải mã. 18. Di chuyển kênh 1 về vị trí tín hiệu mã hóa NRZ . Quan sát các dạng sóng. Trong mạch giải mã Manchester bằng cổng XOR, tín hiệu NRZ sau khi giải mã cùng pha hay ngược pha với tín hiệu mã hóa NRZ ban đầu? ___. Hình 3-21 Hình 3-22 Trình tự tiến hành C – Đồng bộ xung clock Trong phần này, sinh viên sẽ sử dụng mạch đồng bộ bằng PLL (Phase Locked Loop) để phục hồi xung clock từ dữ liệu mã hóa Manchester. Sơ đồ khối của PLL được trình bày ở hình 3-23. 19. Xác định vị trí khối mạch ENCODER và nối đầu dò kênh 1 của dao động ký đến vị trí CLK, kênh 2 đến vị trí SYNC, đầu dò EXT cũng nối với Hình 3- 23 3-11
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 vị trí SYNC. 20. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 của dao động ký ở 5V/DIV và TIME/DIV = 0.5ms/DIV. Trigger bởi cạnh lên của EXT. 21. Điều chỉnh dao động ký để quan sát được dạng sóng như hình 3-9. 22. Trên khối ENCODING, gắn jumper nối giữa MAN và ngõ vào của khối MAN SYNC DECODER Flip-Flop. Vặn núm điểu chỉnh LOCK hết cỡ theo chiều kim đồng hồ. Chuyển đầu dò kênh 2 sang vị trí RCLK trên khối MAN SYNC DECODER (xem hình 3-24). Hình 3-24 23. Trong khi quan sát các dạng sóng, vặn từ từ núm LOCK theo ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi tín hiệu RCLK (kênh 2) giống với tín hiệu CLK (kênh 1). Lúc này, mạch đồng bộ đã bám theo tín hiệu mã hóa Manchester ở ngõ vào. Các thành phần của mạch đồng bộ bao gồm: mạch phát hiện cạnh (EDGE DET), cổng AND (AND), vòng khóa pha (PLL) và bộ dịch pha (φ SHIFT) (xem hình 3-25). Hình 3-25 24. Di chuyển kênh 1 tới vị trí MAN và kênh 2 tới vị trí EDGE DET. Tín hiệu MAN là tín hiệu vào EDGE DET mạch phát hiện cạnh. Ở ngõ ra của EDGE DET là một chuỗi xung hẹp. Mạch EDGE DET được tạo từ cổng AND và cổng XOR (hình 3-26). Hình 3-26 25. Quan sát các dạng sóng. Mạch phát hiện cạnh tạo ra một xung hẹp khi nào? ___. 26. Di chuyển kênh 2 đến vị trí φ SHIFT và kênh 1 đến vị trí EDGE DET. 3-12
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 3 27. Quan sát các dạng sóng. Tín hiệu ra cổng AND ở các vị trí xung thứ 4 và thứ 9 của EDGE DET sẽ ở mức cao hay thấp? ___. 28. Di chuyển kênh 2 đến vị trí AND OUT. Tín hiệu ngõ ra cổng AND giống với tín hiệu ở bộ EDGE DET trừ các xung ở vị trí: đầu chu kỳ bit giữa chu kỳ bit 29. Các xung ngõ ra cổng AND được đưa tới ngõ vào của mạch vòng khoá pha (PLL). Di chuyển đầu dò kênh 2 tới vị trí VCO OUT và đầu dò kênh 1 đến vị trí AND OUT. 30. So sánh các tín hiệu. Tần số của tín hiệu sóng vuông của PLL (kênh 2) bằng với: tần số ngõ ra cổng AND hai lần tần số ngõ ra cổng AND 31. Di chuyển kênh 2 của dao động ký đến vị trí RCLK. So sánh các dạng sóng. Tần số tín hiệu ra khỏi bộ chia (kênh 2) có bằng với tín hiệu ở đầu ra cổng AND (kênh 1)? Lưu ý rằng các xung định thời ở vị trí AND OUT đồng bộ với xung clock của máy phát. Có Không 32. Di chuyển kênh 1 đến vị trí φ SHIFT. So sánh các dạng sóng. Tín hiệu trên kênh 2 là một sóng vuông giống với tín hiệu RCLK nhưng bị lệch pha một góc bằng bao nhiêu? ___. 33. Di chuyển kênh 1 đến vị trí NRZ trên khối ENCODING. Di chuyển kênh 2 đến vị trí NRZ OUT trên khối MAN SYNC DECODER. 34. So sánh tín hiệu mã hoá NRZ (kênh 1) và tín hiệu NRZ sau khi giải mã. Dữ liệu sau khi giải mã bị trễ so với dữ liệu mã hoá: 1 chu kỳ xung clock ¼ chu kỳ xung clock ½ chu kỳ xung clock V. CÂU HỎI 1. Các phương pháp mã hoá NRZ, RZ, Manchester. 2. Thông tin định thời được chứa trong dữ liệu mã hoá Manchester bằng cách nào? 3. Phân biệt tín hiệu đơn cực và lưỡng cực. 4. Ưu và nhược điểm của mã hoá Manchester so với mã hoá NRZ và RZ ? 5. Định nghĩa tốc độ baud. 6. Mã hoá NRZ và RZ, phương pháp nào tốt hơn xét ở khía cạnh thông tin về xung clock ? 7. Phương pháp giải mã tín hiệu Manchester thành dữ liệu NRZ ? 8. Phương pháp giải mã tín hiệu RZ thành dữ liệu NRZ ? 9. Hoạt động của mạch đồng bộ xung clock ? 3-13
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 BÀI 4 ĐIỀU CHẾ FSK I. MỤC ĐÍCH Khi hoàn tất bài thí nghiệm sinh viên có thể: • Mô tả được sự liên hệ giữa tín hiệu điều chế FSK với tín hiệu số điều chế (baseband). • Mô tả được việc điều chế FSK sử dụng analog multilexer. • Mô tả được phổ tần của tín hiệu FSK II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đa số kênh truyền tương tự không phù hợp để tải tín hiệu số baseband. Hình 4-1 Băng thông giới hạn của kênh truyền làm méo dạng tín hiệu vì tín hiệu số có các thành phần phổ nằm ngoài băng thông của kênh truyền. Khi đó, cần phải phải có sự điều chế tín hiệu, và để tái tạo lại tín hiệu cần phải có sự giải điều chế. Tín hiệu được điều chế bởi sóng mang nằm trong băng thông của kênh truyền do đó không có sự suy hao tín hiệu. Hình 4-2 FSK là một dạng của điều tần (FM), trong đó tín hiệu điều chế (baseband) điều khiển tần số sóng mang. Khác với FM , tín hiệu điều chế trong FSK là tín hiệu số. Tần số sóng mang được chuyển đổi giữa hai tần số, việc chuyển đổi này dựa trên tín hiệu điều chế. Có hai loại giải điều chế FSK: đồng bộ và bất đồng bộ. Việc giải điều chế bất đồng bộ sử dụng phương pháp lọc để đưa về dạng ASK và sử dụng bộ tách sóng đường bao để tái tạo tín 4-1
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 hiệu số baseband. Việc giải điều chế đồng bộ cần phải có một tín hiệu tham chiếu và từ đó sẽ phát hiện được sự thay đổi của tần số sóng mang để từ đó tái tạo lại tín hiệu baseband. Hình 4-3 1. Điều chế FSK Hình 4-4 Việc điều chế FSK sử dụng hai chuyển mạch (switch) tương tự được thiết lập như bộ dồn kênh tương tự (analog multiplexer). Chuyển mạch sẽ đóng khi áp điều khiển ở mức 5V, chuyển mạch ngắt (hở) khi áp điều khiển ở mức -5V. Điện áp điều khiển POLAR và POLAR INV thì được tạo ra từ sự thay đổi mức logic của tín hiệu điều chế. Tín hiệu sóng mang ở ngõ ra là tín hiệu tương ứng với switch được đóng. 2. Giải điều chế FSK bất đồng bộ Hình 4-5 Bộ giải điều chế FSK phục hồi tín hiệu số baseband bằng cách phát hiện sự thay đổi tần số trong tín hiệu FSK. Một tín hiệu FSK bao gồm 2 tín hiệu on-off keying (OOK). Hai thành phần OOK có củng biên độ. 4-2
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 Hình 4-6 Hình 4-7 Phổ tần của tín hiệu FSK là kết hợp của các thành phần tần số được sinh ra từ 2 thành phần tín hiệu OOK. Hình 4-8 Một bộ lọc thông dải được sử dụng để cho qua một thành phần tín hiệu OOK trong khi làm suy giảm một thành phần OOK còn lại. Ngõ ra của bộ lọc biên độ tín hiệu sẽ thay đổi khi tín hiệu FSK thay đổi tần số. Bộ tách sóng bất đồng bộ sẽ phục hồi tín hiệu NRZ bằng cách phát hiện biên độ tín hiệu sau bộ lọc. Bộ lọc thông dải và bộ tách sóng bất đồng bộ kết hợp với nhau để có được chức năng phát hiện sự thay đổi của sóng mang. Bộ tách sóng bất đồng bộ có 3 khối để thực hiện chức năng phục hồi tín hiệu số baseband từ tín hiệu có biên độ thay đổi (sau bộ lọc thông dải): bộ chỉnh lưu toàn kỳ chuyển đổi tín hiệu có biên độ thay đổi thành tín hiệu có mức DC tương ứng với các mức biên độ đó, bộ lọc thông thấp làm trơn lại dạng tín hiệu sau khi chỉnh lưu và một bộ so sánh để phục hồi mức điện áp chuẩn thành các mức điện áp logic. 4-3
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 Hình 4-9 3. Giải điều chế FSK đồng bộ Bộ giải điều chế đồng bộ sẽ phục hồi trạng thái của tín hiện baseband NRZ từ tần số của tín hiệu FSK. Bộ giải điều chế đồng bộ sử dụng bộ biến đổi tần số thành điện áp, nó sử dụng đặc tính thay đổi tần số của tín hiệu FSK để tạo ra mức điện áp thay đổi. Hình 4-10 Bộ chuyển đổi tần số thành điện áp bao gồm một vòng khoá pha được cấu hình để phát hiện sự thay đổi tần số của tín hiệu FSK. Một bộ lọc thông thấp và một bộ so sánh điện áp sẽ phục hồi tín hiệu về mức logic 5V. PLL giữ cho tín hiệu tham chiếu và tín hiệu FSK đồng bộ với nhau bằng cách hiệu chỉnh tần số bộ VCO. Hình 4-11 Mức điện áp ngõ vào bộ VCO điều khiển tần số của tín hiệu tham chiếu. Khi tín hiệu tham chiếu và tín hiệu FSK có tần số giống nhau, mức điện áp trung bình ở ngõ vào VCO bám theo tần số tín hiệu. Một bộ lọc thông thấp được sử dụng để tách được mức trung bình của điện áp đưa vào bộ VCO. Mức điện áp này đại diện cho trạng thái tín hiệu số baseband. Mức logic được phục hồi sau bộ so sánh. Tín hiệu ngõ vào bộ VCO được sinh ra từ bộ so pha và một bộ lọc thông thấp. Bộ so pha so sánh tín hiệu ra từ bộ VCO với tín hiệu FSK. Bộ lọc thông thấp giúp ổn định tín hiệu trước khi vào bộ VCO. Bộ VCO, bộ so pha và bộ lọc thông thấp kết hợp với nhau tạo thành vòng khoá pha (PLL). III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Bộ chân đế F.A.C.E.T. Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2 4-4
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 Nguồn cung cấp 15 Vdc Dao động ký hai kênh Máy phát sóng sine V.O.M IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế FSK 1. Kết nối probe với ngõ vào EXT trên oscilloscope, nối probe này với điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger theo cạnh lên của EXT. Phương pháp trigger này sẽ xuyên suốt tiến trình thí nghiệm này. Hình 4-12 2. Kết nối kênh 1 của oscilloscope với ngõ ra NRZ của khối ENCODER và chỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit của tín hiệu baseband NRZ. 3. Xác định tốc độ baud của tín hiệu hiển thị trên kênh 1: NRZ = ___baud Hình 4-13 4. Kết nối tín hiệu NRZ đến bộ điều chế FSK (sử dụng jump). Kết nối kênh 2 đến ngõ ra của bộ điều chế FSK, hiệu chỉnh oscilloscope để hiển thị cả 2 tín hiệu NRZ và FSK. 5. Đo tốc độ baud trên kênh 2: FSK = ___baud 6. Cả 2 tín hiệu có cùng tốc độ baud? Đúng Sai 7. Đo biên độ tín hiệu FSK (kênh 2) khi tín hiệu NRZ ở mức cao: High= ___( Vp− p ) 8. Đo biên độ tín hiệu FSK (kênh 2) khi tín hiệu NRZ ở mức thấp: Low= ___( Vp− p ) 9. Quan hệ giữa 2 điện áp này? High > Low High < Low High = Low 10. Quan sát oscilloscope, xác định pha của sóng mang trước khi có sự thay đổi tần số tại canh lên và xuống của tín hiệu NRZ. 11. Xác định góc pha của tín hiệu FSK ngay trước khi tín hiệu NRZ chuyển từ cao xuống thấp: 4-5
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 00 900 1800 2700 12. Xác định góc pha của tín hiệu FSK ngay trước khi tín hiệu NRZ chuyển từ thấp lên cao: 00 900 1800 2700 13. Pha của tín hiệu FSK thay đổi tại thời điểm tín hiệu NRZ thay đổi? Đúng Sai 14. Xác định tần số của tín hiệu FSK khi tín hiệu NRZ ở mức cao: F-High = ___Hz. 15. Xác định tần số của tín hiệu FSK khi tín hiệu NRZ ở mức thấp: F-Low = ___Hz. 16. Tín hiệu FSK thay đổi như thế nào theo tín hiệu NRZ? a. Biên độ giảm ứng với mức cao b. Pha bị dịch 1800 ứng với mức thấp c. Tần số tăng ứng khi lên mức cao d. Tốc độ baud giảm ứng với mức thấp Hình 4-14 17. Kết nối kênh 2 với điểm POLAR trong khối điều chế FSK. 18. Tín hiệu POLAR so với tín hiệu NRZ khác nhau như thế nào? a. Mức điện áp ở mức thấp bị thay đổi b. Mức điện áp ở mức cao bị thay đổi c. Hai tín hiệu ngược (đảo) nhau d. Tốc độ baud thay đổi 19. Kết nối kênh 1 với điểm POLAR INV. Hai tín hiệu hiển thị trên oscilloscope khác nhau như thế nào? a. Mức điện áp ở mức thấp thay đổi b. Mức điện áp ở mức thấp thay đổi c. Tín hiệu này là đảo của tín hiệu kia d. Các tín hiệu biểu diễn các dữ liệu khác nhau 20. Chuyển kênh 1 đến ngõ ra của khối FSK. Xác định tần số tín hiệu FSK khi tín hiệu số vào ở mức cao: ___ Hz. 21. Tín hiệu FSK có tần số bao nhiêu khi tín hiệu POLAR ở mức cao? High = ___Hz 22. Chuyển kênh 2 đến điểm HIGH TONE. Xác định tần số của tín hiệu HIGH TONE. HIGH TONE = ___ Hz. 23. Chuyển kênh 2 đến điểm LOW TONE. Xác định tần số của tín hiệu LOW TONE LOW TONE = ___ Hz. 24. Tín hiệu được đưa ra ngõ ra của khối FSK là tín hiệu nào? HIGH TONE LOW TONE POLAR INV Baseband Một tín hiệu FSK có thể được xem như tổng của 2 tín hiệu on-off keying (OOK) với 2 tần số khác nhau. 4-6
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 25. Nối kênh 1 đến HIGH TONE, kênh 2 đến LOW TONE. Đóng, mở khóa CM 12. 26. Điều gì xảy ra hi thay đổi trạng thái khoá CM 12? a. LOW TONE bị loại bỏ b. HIGH TONE bị loại bỏ c. LOW TONE và HIGH TONE đều bị loại bỏ. d. Không có gì xảy ra 27. Chuyển kênh 2 tới ngõ ra FSK. Đóng mở khoá CM 12. Loại điều chế nào xuất hiện ở ngõ ra FSK khi khóa CM 12 đóng? On-Off Keying Frequency-shift keying Phase-shift keying 28. Tại tần số nào trong phổ tần của tín hiệu FSK có biên độ đỉnh? DC và 600Hz 600Hz và 1200Hz 1200Hz và 2400Hz 2025Hz và 2225Hz 29. Kết nối kênh 1 đến điểm POLAR. Đóng mở khoá CM 6 và quan sát tín hiệu FSK. 30. Khoá CM 6 gây ra sự thay đổi đột ngột trong tín hiệu FSK? Đúng Sai Sự gián đoạn làm gia tăng độ rộng băng tần của tín hiệu FSK. Các bộ điều chế được thiết kế để tiết kiệm băng thông bằng cách giảm sự gián đoạn. Có thể quan sát thấy pha tín hiệu FSK ở trạng thái 1800 khi thay đổi tần số. 31. Góc pha của tín hiệu sóng mang FSK 2400Hz tại ngay trước thời điểm tín hiệu POLAR chuyển từ cao xuống thấp? 00 450 900 1800 Hình 4-15 32. Chuyển kênh 2 tới điểm HIGH TONE, đóng ngắt khoá CM 6. Khoá CM 6 tạo ra sự gián đoạn như thế nào? a. Khóa CM 6 thay đổi tần số của tín hiệu HIGH TONE. b. Khóa CM 6 thay đổi biên độ của tín hiệu HIGH TONE. c. Khóa CM 6 thay đổi pha của tín hiệu HIGH TONE. d. Khóa CM 6 thay đổi pha của tín hiệu POLAR. 2. Giải điều chế FSK bất đồng bộ 1. Kết nối probe với ngõ vào EXT trên oscilloscope , nối probe này với điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger theo cạnh lên của EXT. 4-7
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 Hình 4-16 2. Kết nối kênh 1 của oscilloscope với ngõ ra NRZ của khối ENCODE và chỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit của tín hiệu baseband NRZ. 3. Sử dụng jump để nối tín hiệu NRZ đến bộ điều chế FSK và dùng dây nối nối tín hiệu FSK đến ngõ vào khối CHANNEL. Hình 4-17 4. Đặt mức nhiễu ở mức cao nhất. Nối kênh 2 đến ngõ ra của khối CHANNEL và điều chỉnh oscilloscope để quan sát cả 2 tín hiệu NRZ và FSK. Khối CHANNEL mô phỏng một đường truyền truyền tín hiệu FSK sau bộ điều chế. Hình 4-18 5. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc Bandpass. Nối ngõ ra kênh truyền và ngõ vào bộ lọc BANDPASS. 6. Đo biên độ tín hiệu ngõ ra bộ lọc BANDPASS khi tín hiệu NRZ ở mức cao: NRZ high = ___Vp-p 7. Đo biên độ tín hiệu ngõ ra bộ lọc BANDPASS khi tín hiệu NRZ ở mức thấp: NRZ low = ___Vp-p 4-8
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 Hình 4-19 Bộ tách sóng đường bao khôi phục tín hiệu NRZ từ sự thay đổi biên độ tín hiệu được tạo từ bộ lọc BANDPASS. Hình 4-20 8. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra của bộ chỉnh lưu toàn kỳ (Full-Wave Rectifier-FWR). 9. Nối ngõ ra bộ lọc thông dải với ngõ vào bộ chỉnh lưu tàn kỳ. Bộ chỉnh lưu toàn kỳ tạo ra tín hiệu ở ngõ ra của nó thông qua 2 tầng: tầng đầu là bộ chỉnh lưu chính xác toàn kỳ có đảo, tầng 2 là tầng cộng (có đảo) kết hợp tín hiệu đã được chỉnh lưu với tín hiệu ban đầu tạo ra tín hiệu được chỉnh lưu toàn kỳ ở ngõ ra. Hình 4-21 10. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp. Bộ lọc thông thấp cho tín hiệu baseband tần số thấp qua và làm suy giảm sóng mang tần số cao. Nó làm phẳng tín hiệu vừa được chỉnh lưu về mức DC và có dạng gần giống với tín hiệu baseband ban đầu. 11. Chuỗi bit hiển thị trên kênh 2? ___ . 12. Mức điện áp sau bộ lọc thông thấp (kênh 2) có cùng mức điện áp với tín hiệu NRZ (kênh 1) không? Có Không 13. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra khối so sánh điện áp. Hiệu chỉnh POSITIVE SUPPLY ở mức cao nhất. Từ từ chỉnh POSITIVE SUPPLY xuống thấp cho đến khi ngõ ra bộ so sánh giống với tín hiệu NRZ ở kênh 1. 14. Chuyển kênh 1 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp. Bộ so sánh có khôi phục mức 5V logic từ tín hiệu tại ngõ ra bộ lọc thông thấp? Có Không 4-9
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 Ngõ ra bộ so sánh ở mức 5V khi ngõ ra bộ lọc thông thấp cao hơn mức ngưỡng được tạo ra từ POSITIVE SUPPLY. Mức 0V tương ứng khi áp ngõ ra bộ lọc thông thấp thấp hơn mức ngưỡng. 15. Khóa CM 7 thay đổi CHANNEL. Đóng mở khoá CM 7. Tín hiệu NRZ khôi phục được còn chính xác không khi CM7 đóng? Có Không Hình 4-22 16. Chuyển kênh 1 tới bộ lọc thông dải. Xác định lại biên độ tín hiệu ngõ ra ứng với tần số thấp và tần số cao. Đóng ngắt khoá CM7. Khoá CM7 ảnh hưởng như thế nào đến ngõ ra bộ lọc thông dải? a. Độ chênh lệch biên độ tăng lên b. Biên độ mức thấp giảm nhiều hơn mức cao c. Biên độ mức cao giảm nhiều hơn mức thấp d. Cả hai mức biên độ giảm với lượng bằng nhau 17. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra khối CHANNEL. Quan sát tín hiệu ngõ ra CHANNEL khi thay đổi khoá CM7. 18. Giải thích sự ảnh hưởng của CM7 đến sự thay đổi của tín hiệu ở ngõ ra bộ lọc bandpass? ___ ___ ___ 19. Chuyển kênh 1 đến ngõ vào khối CHANNEL. Quan sát oscilloscope khi đóng mở khoá CM7. 20. CM7 ảnh hưởng đến CHANNEL như thế nào? Thay đổi băng thông Thay đổi độ lợi Thay đổi tín hiệu ngõ vào Tất cả các phát biểu trên 21. Chúng ta có thể thay đổi mạch như thế nào để bù cho sự giảm băng thông của kênh truyền? a. truyền HIGH TONE với biên độ tăng lên hơn so với LOW TONE. b. giảm băng thông của bộ lọc bandpass ở bộ thu c. sử dụng tần số sóng mang trong khoảng băng thông của kênh truyền d. tất cả các giải pháp trên 3. Giải điều chế FSK đồng bộ 1. Kết nối probe với ngõ vào EXT trên oscilloscope , nối probe này với điểm SYNC trên khối ENCODER . Trigger của oscilloscope được đặt theo cạnh lên của EXT. 4-10
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 2. Kết nối kênh 1 của oscilloscope với ngõ ra NRZ của khối ENCODER và chỉnh oscilloscope hiển thị ít nhất 2 bit của tín hiệu baseband NRZ. Hình 4-23 3. Sử dụng jumper để nối tín hiệu NRZ đến bộ điều chế FSK và dùng dây nối nối tín hiệu FSK đến ngõ vào khối CHANNEL. 4. Đặt mức nhiễu ở mức cao nhất. Nối kênh 2 đến ngõ ra CHANNEL và hiệu chỉnh oscilloscope hiển thị cả 2 tín hiệu NRZ và FSK. 5. Giá trị nhị phân của 2 bit đầu tiên hiển thị trên oscilloscope? Data bit = ___. 6. Sử dụng jumper để nối ngõ ra kênh truyền đến bộ SYS DETECTOR và PLL (REF IN) với ngõ ra kênh truyền. 7. Loại bỏ tất cả các kết nối bên trong khối PLL. Nối kênh 1 đến ngõ ra VCO. Hình 4-24 8. Ngõ ra VCO có đồng bộ với tín hiệu FSK? Có Không 9. Nối giữa A/F và ngõ vào bộ so pha (CIN). Đường hồi tiếp từ VCO qua D flip flop cho phép bộ so pha khép kín vòng khoá pha. 10. Nối kênh 2 đến ngõ vào bộ VCO (VCIN) và kênh 1 đến ngõ ra kênh truyền. Để có thể quan sát ngõ ra bộ so pha (PC) bộ lọc thông thấp RC không được kết nối vào. Bộ so pha tạo ra điện áp cho ngõ vào bộ VCO (VCIN) bằng cách so sánh 2 ngõ vào của nó bằng bộ XOR. 11. Khi nào ngõ ra bộ so pha ở mức cao? Khi các ngõ vào giống nhau Khi các ngõ vào khác nhau Khi cả 2 ngõ vào ở mức cao 4-11
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 12. Dịch chuyển vị trí của tín hiệu FSK theo chiều ngang để thời điểm chuyển đổi tần số của tín hiệu FSK nằm tại đường dọc trung tâm. Quan sát VCD và FSK. 13. Trạng thái của VCIN như thế nào khi tín hiệu FSK thấp hơn 0 và ngõ vào VCD bộ so pha ở mức cao? Thấp Cao Hình 4-25 14. Nối kênh 1 với VCD và kênh 2 với VCIN. Đóng khóa CM10. VCIN bây giờ được cho qua bộ lọc thông thấp. Bộ lọc thông thấp làm cho điện áp ngõ ra bộ so pha thay đổi qua lại không quá đột ngột tạo cự ổn định hơn cho ngõ vào bộ VCO. 15. Điện áp trung bình ngõ vào VCO thay đổi trong mỗi khoảng thời gian bit giống như sự thay đổi tần số của tín hiệu VCD? Có Không 16. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra VCO. Tần số của tín hiệu ngõ ra VCO khi tín hiệu VCD ở tần số cao? VCO = ___ Hz. Bộ so pha của vòng khoá pha hiệu chỉnh điện áp ngõ vào bộ VCO (VCIN) duy trì pha thích hợp giữa tín hiệu VCD và FSK. 17. Nối kênh 2 tới tín hiệu FSK. Đo tần số tín hiệu VCD khi tín hiệu FSK là 2400Hz. High frequency = ___ Hz 18. Đo tần số tín hiệu VCD khi tín hiệu FSK là 1200Hz. Low frequency = ___ Hz 19. Tín hiệu VCD có đồng bộ với tín hiệu FSK. Có Không 20. Chuyển kênh 1 tới VCIN. Điện áp trung bình ở ngõ vào VCO thay đổi khi tần số tín hiệu FSK thay đổi? Có Không 21. Kết ngõ ra vòng khoá pha PLL đến ngõ vào bộ lọc thông thấp. Nối kênh 2 đến ngõ ra bộ lọc thông thấp. Đặt kênh 2 ở mức 500mV/Div. 4-12
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 Hình 4-26 Hình 4-27 Độ trễ ở bộ thu khoảng 400us. 22. 2 bit đầu tiên phục hồi ở bộ thu là gì? 2 bit đầu = ___binary 23. Nối kênh 1 với tín hiệu NRZ nguyên thủy. Tín hiệu NRZ và tín hiệu phục hồi có giống nhau về mức điện áp? Có Không Bộ so sánh điện áp phục hồi mức 5V logic bằng cách so sánh tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với một ngưỡng điện áp có thể điều chỉnh được. Ngưỡng này được điều chỉnh bằng núm NEGATIVE SUPPLY. 24. Nối kênh 2 tới ngõ ra bộ so sánh. Hiệu chỉnh NEGATIVE SUPPLY để ngõ ra bộ so sánh là tín hiệu cùng dạng với NRZ nhưng bị trễ. 25. Tín hiệu khôi phục có cùng mức logic với tín hiệu NRZ. Có Không 26. Chuyển kênh 1 đến ngõ ra CHANNEL và kênh 2 đến ngõ ra LP FILTER của khối SYNC DETECTOR. Đặt kênh 1 ở mức 2V/Div, kênh 2 ở mức 500mV/DIV và thời gian quét 1ms/DIV. 27. Đo điện áp DC cực đại ở trạng thái mức logic thấp tại ngõ ra bộ lọc thông thấp (kênh 2). Maximal low = ___mV DC Hình 4-28 4-13
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 4 .(Đo điện áp dc cực tiểu ở trạng thái mức logic cao tại ngõ ra bộ lọc ٛ hong thấp (kênh 2 .28 Minimal high = ___mV DC Hình 4-29 29. Bật CM7 để giảm băng thông kênh truyền, điều này dẫn đến biên độ tín hiệu FSK cũng bị thay đổi theo tần số ở bộ thu. Xác định lại mức điện áp ra ở bộ lọc thông thấp. maximal low = ___mV DC minimal high = ___mV DC 30. Sự thay đổi biên độ tín hiệu FSK có ảnh hưởng đến việc tách sóng tín hiệu NRZ? Có Không 31. Bật CM10 để tạo sự không liên tục của pha tín hiệu FSK. Xác định lại mức điện áp ra ở bộ lọc thông thấp. maximal low = ___mV DC minimal high = ___mV DC 32. Nhiễu pha có làm thay đổi tín hiệu ngõ ra của bộ lọc thông thấp? Có Không V. KẾT LUẬN ___ ___ ___ ___ ___ ___ 4-14
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 BÀI 5 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ PSK I. MỤC ĐÍCH Sau bài thí nghiệm, sinh viên có thể giải thích được cách tạo ra tín hiệu PSK, đồng bộ sóng mang, và tách sóng đồng bộ. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 5-1 PSK là một dạng điều chế pha, tín hiệu sóng mang bị dịch (shift) pha mỗi khi tín hiệu số (tín hiệu điều chế) thay đổi trạng thái. Hình trên minh họa tại thời điểm ngay khi tín hiệu NRZ chuyển từ cao xuống thấp, tín hiệu PSK chuyển về trạng thái pha = 00, cùng pha với tín hiệu song mang. So sánh với sóng mang, pha của tín hiệu PSK dịch 00 khi tín hiệu NRZ ở trạng thái thấp, và 1800 khi tín hiệu NRZ ở trạng thái cao. Hình 5-2 Hình 5-2 minh họa khối điều chế PSK trên board mạch. Tín hiệu số có các mức logic 0V và +5V. Một bộ dịch mức chuyển tín hiệu này thành mức -5V và +5V. Tín hiệu này sau đó được nhân với tín hiệu sóng mang bằng bộ điều chế cân bằng để tạo ra tín hiệu PSK. Hình 5-3 5-1
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 Điều chế PSK cũng có thể được sử dụng với các tín hiệu mã hóa khác. Hình 5-3 biểu diễn một tín hiệu lưỡng cực RZ, tín hiệu sóng mang và tín hiệu PSK sinh ra từ việc nhân 2 tín hiệu đó với nhau bằng bộ điều chế cân bằng. Khi giải điều chế PSK, việc tái tạo lại tín hiệu sóng mang tại phía bộ thu là cần thiết. Điều này được thực hiện bằng việc đồng bộ sóng mang ở phía bộ thu thông qua các khối: nhân đôi tần số, PLL , bộ chia 2, và mạch dịch pha 900. Hình 5-4 Tín hiệu được sinh ra sau đó được kết hợp với tín hiệu PSK ở bộ Product Detector (tách sóng nhân). Tín hiệu sau bộ Product Detector được qua bộ lọc thông thấp, và kết quả là chuỗi xung được sửa dạng bằng bộ so sánh điện áp để tái tạo lại tín hiệu số ban đầu. III. YÊU CẦU THIẾT BỊ Bộ chân đế F.A.C.E.T. Board mạch DIGITAL COMMUNICATIONS 2 Nguồn cung cấp 15 Vdc Dao động ký hai kênh IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 1. Điều chế PSK Trình tự tiến hành A – Tạo tín hiệu PSK Trong tiến trình thí nghiệm này, sinh viên tạo tín hiệu PSK từ tín hiệu mã hóa RZ, NRZ, Manchester và kiểm tra kết quả bằng oscilloscope. 1. Kết nối kênh 1 osciloscope đến vị trí SYNC trong khối ENCODING. Hiệu chỉnh oscilloscope để hiển thị một chu kỳ của tín hiệu SYNC trong khoảng độ rộng của màn hình. 2. Loại bỏ kết nối kênh 1 với SYNC . Nối SYNC với ngõ vào EXT trigger của osciloscope. Hình 5-5 3. Trong khối điều chế (MODULATOR) , kết nối NRZ với đến ngõ vào khối ASK/PSK bằng một jump nối. Dùng 1 jumper để chọn kiểu điều chế PSK (hình 5-5). 4. Chỉnh núm OFFSET toàn thang, và núm BAL (cân bằng) ở giữa thang. 5. Kết nối kênh 1 đến NRZ và kênh 2 đến điểm kiển tra tín hiệu trên khối ASK/PSK. 5-2
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 Tín hiệu số lưỡng cực sau đó được nhân với tín hiệu sóng mang hình sin bằng bộ điều chế cân bằng. Hình 5-6 Điều này được giải thích thông qua sơ đồ mạch của khối ASK/PSK như hình 5-6. Một ngõ vào bộ điều chế cân bằng là tín hiệu sóng mang (CARRIER), mức DC của nó được điều chỉnh bổi biến trở BAL. Ngõ vào thứ 2 được chọn thông qua cầu nối tương ứng với điểm A (ASK), P (PSK). Khi điểm P được kết nối với ngõ vào bộ điều chế cân bằng, tín hiệu số phải đi qua một bộ dịch mức trước đó. 6. Loại mã hóa có thể có của tín hiệu số đưa vào? Chỉ là NRZ NRZ, RZ hoặc Manchester Khi điểm A được chọn, một điện áp offset DC điều khiển bởi biến trở OFFSET được cộng với tín hiệu số trước khi đi vào bộ điều chế cân bằng. Ngõ ra của bộ điều chế sẽ được đưa ra điểm kiểm tra với một ngõ ra đảo và một ngõ ra không đảo. Ngõ ra ‘+’ được đệm để có thể lái các khối mạch khác. 7. Khi jumper ở vị trí nào thì tín hiệu được qua bộ dịch mức trước khi vào bộ điều chế cân bằng? A P 8. So sánh tín hiệu NRZ (kênh 1) và tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng (kênh 2) trên osciloscope. Tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng khác với tín hiệu NRZ như thế nào? Tín hiệu tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng bị đảo Mức logic của tín hiệu vào bộ điều chế cân bằng bị dịch về dạng lưỡng cực. Cả hai ý trên 9. Quan sát osciloscope khi lần lượt di chuyển kênh 2 đến ngõ ra ‘+’ và ‘-‘. Ngõ ra nào ở 00 ngay sau thời điểm tín hiệu NRZ chuyển sang mức thấp? ‘+’ ‘-‘ 10. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra của khối ASK/PSK. Quan sát tín hiệu trên osciloscope khi điều chỉnh núm BAL ở vị trí cực đại và cực tiểu. Thông số nào của tín hiệu PSK thay đổi khi chỉnh núm BAL? Tần số Pha Độ dịch offset 11. Biến trở BAL bù cho sự bất cân bằng của mạch. Để có kết quả tốt nhất, hãy chỉnh BAL cho đến khi đỉnh của tất cả các chu kỳ sóng sin nằm trên một đường thẳng. 5-3
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 Hình 5-7 12. Tháo jumper nối NRZ đến ngõ vào của khối ASK/PSK. Nối tín hiệu RZ từ khối ENCODER đến ngõ vào khối ASK/PSK. Chuyển kênh 1 đến ngõ vào bộ điều chế cân bằng. Điều chỉnh osciloscope để hiển thị dạng sóng như hình 5-8. Hình 5-8 13. Quan sát sự dịch pha xảy ra tại mỗi thời điểm chuyển giao của tín hiệu xung. Có bao nhiêu góc pha khác nhau xảy ra tại những thời điểm chuyển giao? 5 3 2 14. Chuyển đường nối tín hiệu cấp cho bộ điều chế đến vị trí MAN. Hiệu chỉnh osciloscope để quan sát. Có thể thấy rằng sự dịch pha chỉ xảy ra tại thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu số. Hình 5-9 15. Chỉnh osciloscope với tốc độ quét thời gian ở mức 50us/DIV và quan sát dạng tín hiệu như hình 5-10. 5-4
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 Hình 5-10 16. Có thể thấy tín hiệu PSK có pha là 1800 ngay sau khi tín hiệu xuống mức thấp. Hoàn tất một chu kỳ pha tín hiệu trở về 1800 ngay trước khi tín hiệu lên mức cao, pha tức thời của tín hiệu PSK là bao nhiêu sau chuyển đổi này? 00 900 1800 Board mạch này sử dụng pha 00 và 1800 cho tín hiệu sin tại thời điểm chuyển đổi tín hiệu số. Những giá trị pha này được chọn để vẫn giữ tính liên tục của dạng sóng điều chế làm giảm nhiễu tối đa. 17. Bật khóa CM6 để dịch pha của tín hiệu sóng mang, điều này cũng thay đổi pha của tín hiệu PSK tại thời điểm tín hiệu số thay đổi. Có kết luận gì về sự thay đổi dạng tín hiệu PSK? Dạng sóng không liên tục Góc pha không đổi tại thời điểm chuyển trạng thái Cả 2 ý trên 18. Tháo tất cả các kết nối trên board. 2. Giải điều chế PSK Trình tự tiến hành B – Tách sóng đồng bộ Trong tiến trình này sinh viên sẽ sử dụng bộ tách sóng đồng bộ để có được tín hiệu baseband từ tín hiệu PSK thu được. Kết quả được kiểm tra bằng osciloscope. Hình 5-11 1. Trong khối mạch điều chế MODULATORS, sử dụng 2 jumper để chọn NRZ làm tín hiệu vào và loại điều chế là PSK. 2. Kết nối ngõ ra PSK đến ngõ vào khối CHANNEL, và nối ngõ ra khối CHANNEL tới khối SYSC DETECTOR bằng jumper. 3. Sử dụng 3 jumper nối để kết nối các phần trong khối SYSC DETECTOR như hình 5-11. 5-5
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 4. Kết nối đầu dò EXT của osciloscope đến điểm SYNC và đầu dò kênh 1 đến điềm NRZ của khối ENCODING. Chỉnh osciloscope để hiển thị 2 bit đầu trong chuỗi dữ liệu NRZ trên tòan bộ chiều rộng màn hình. 5. Nối kênh 2 tới điểm kiểm tra sóng mang (CARRIER) của khối điều chế (MODULATORS). Có bao nhiêu chu kỳ sóng mang trong một chu kỳ bit? ___ chu kỳ. 6. Chuyển kênh 1 đến điểm CARRIER và kênh 2 đến ngõ ra khối CHANNEL. Chỉnh núm vặn NOISE về mức cực tiểu. 7. Chỉnh núm BAL trong khối MODULATORS để có được tín hiệu PSK như hình 5-12. Chú ý : tín hiệu NRZ biểu diễn ờ đây không xuất hiện trên osciloscope. Hình 5-12 8. Chuyển kênh 1 đến điểm ngõ ra RECT của bộ DOUBLER (nhân đôi tần số). So sánh tín hiệu PSK và tín hiệu ngõ ra bộ chỉnh lưu. Kết quả của việc chỉnh lưu tín hiệu PSK là: Cực tính của tất cả đỉnh của tín hiệu PSK bị đảo Đỉnh dương bị đảo thành đỉnh âm. Đỉnh âm bị đảo thành đỉnh dương. 9. Việc chỉnh lưu loại khỏi tín hiệu PSK: Thông tin dịch pha Tin tức Cả hai yếu tố trên Hình 5-13 Như vậy mục đích của việc tách sóng mang đồng bộ là việc tái tạo chỉ sóng mang và thông tin dịch pha không được yêu cầu trong quá trình này. 10. Chuyển kênh 1 đến CARRIER và kênh 2 đến ngõ ra bộ DOUBLER. Thông số nào của sóng mang được nhân đôi sau khi qua bộ DOUBLER? Tần số Chu kỳ 5-6
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 Hình 5-14 11. Di chuyển kênh 2 đến vị trí VCO trong khối PLL. Ngõ ra VCO có cùng tần số với: Sóng mang Tín hiệu ngõ ra bộ nhân đôi (DOUBLER) 12. Chuyển kênh 2 đến VCD (VCO Divided). So sánh sóng mang và dạng sóng VCD. Hình 5-15 13. VCD là tín hiệu từ ngõ ra VCO đã được chia đội tần số. Quan sát thấy rắng 2 tín hiệu có cùng tần số nhưng lệch pha. Pha sai lệch giữa sóng mang và chuỗi xung vuông VCD là bao nhiêu? 00 900 1800 Việc tái tạo sóng mang chỉ còn việc dịch pha tín hiệu VCD 900 để khớp với tín hiệu sóng mang. 14. Di chuyển kênh 2 đến vị trí 900 của bộ dịch pha (PHASE SHIFTER). Có thể kết luận từ việc so sánh tín hiệu sóng mang với tín hiệu sau bộ dịch pha 900? Tin tức đã bị loại khỏi tín hiệu PSK. Tín hiệu sóng mang đã được phục hồi từ tín hiệu PSK. Cả 2 ý trên. 15. Di chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ dịch pha và suy giảm, điểm này cũng chính là một trong hai ngõ vào của bộ trộn (MIXER). Tín hiệu còn lại đi vào bộ MIXER là gì? Sóng mang Tín hiệu PSK VCD 16. Tăng độ nhạy kênh 2 đến 50mV/DIV để quan sát tín hiệu ngõ ra bộ dịch pha (PHASE SHIFTER). Dịch tín hiệu kênh 2 chồng lên tín hiệu sóng mang ở kênh 1 (dùng núm POSITION trên osciloscope). Kiểm tra lại sự cùng tần số và pha của 2 tín hiệu. Tín hiệu ngõ ra bộ dịch pha là: Tín hiệu lưỡng cực (polar) Tín hiệu đơn cực (unipolar) 17. Chuyển kênh 1 kến tín hiệu PSK tại ngõ vào bộ MIXER. 5-7
Taì Liêụ Hướng Dẫn Thi ́ Nghiêṃ Viêñ Thông Baì 5 Hình 5-16 minh họa tín hiệu ngõ vào bộ MIXER. Bộ MIXER là bộ điều chế cân bằng. ngõ ra của nó là tích của hai tín hiệu ngõ vào. Ngõ ra bộ dịch pha là tín hiệu lưỡng cực. Do đó, bộ MIXER nhân tín hiện PSK với số dương cho xung dịch pha ở mức cao, và nhân với số âm cho xung dịch pha mức thấp. Hình 5-16 Ví dụ, đỉnh âm tín hiệu PSK được nhân với số âm (xung dịch pha 0), kết quả tạo ra một đỉnh dương tại ngõ ra MIXER. 18. Dạng sóng nào là đúng tại ngõ ra bộ MIXER theo hình minh họa dưới đây? A B C D Hình 5-17 19. Chuyển kênh 2 đến ngõ ra bộ MIXER. Hiệu chỉnh osciloscope và núm BAL trên khối MIXER để có được dạng sóng như hình 5-18. Hình 5-18 5-8