ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN TỬ THÔNG TIN
LỚP L01 – NHĨM 16
Đề tài 8: Thiết kế và mơ phỏng một máy thu FM
GVHD: TS. Hoàng Mạnh Hà

STT

Sinh viên thực hiện

Mã số sinh viên

1
2
3
4

Nguyễn Viết Việt
Phạm Minh Nhật
Huỳnh Công Phúc
Bùi Đình Tiến

1835044
1813377
1712633
1915467

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022

Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

Mục Lục
1. u cầu ......................................................................................................................... 3
2. Sơ đồ khối ..................................................................................................................... 3
2.1

Sơ đồ khối máy thu khuếch đại trực tiếp ............................................................... 3

2.2

Sơ đồ khối máy thu FM ......................................................................................... 3

3. Lý thuyết ....................................................................................................................... 4
3.1

Bộ khuếch đại cao tần ............................................................................................ 4

3.2

Bộ trộn tần .............................................................................................................. 7

3.3

Mạch trung tần và tách sóng ................................................................................ 10


3.4

Bộ khuếch đại âm tần ........................................................................................... 11

3.5

Mạch vào máy thu ................................................................................................ 13

4. Thiết kế ....................................................................................................................... 15
4.1

Bộ khuếch đại cao tần .......................................................................................... 15

4.2

Bộ trộn tần ............................................................................................................ 15

4.3

Mạch dao động CLAPP mắc BC ......................................................................... 16

4.4

Bộ khuếch đại âm tần ........................................................................................... 17

4.5

Mạch vào máy thu ................................................................................................ 17

4.6


Toàn bộ sơ đồ mạch ............................................................................................. 18

2


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

1. u cầu đề tài
− Kiểu điều chế: FM.
− Tần số hoạt động: 90 MHz.
− Băng thông: 75 KHz.
− Tần số IF: 10 MHz.
− Trở kháng vào (từ anten): 75 Ohm.
− Công suất khả dụng từ anten: > - 90 dBm.
− Trở kháng và công suất loa: 8 Ohm, 1W.
a) Thiết lập sơ đồ khối chức năng.
b) Mô phỏng ở cấp độ hệ thống (sử dụng AWR).
c) Thiết kế và mô phỏng ở cấp độ mạch nguyên lý và/hoặc PCB cho ít nhất 02 khối chức
năng (liên quan tần số RF và IF)

2. Sơ đồ khối
2.1 Sơ đồ khối máy thu khuếch đại trực tiếp
Nguyên tắc cơ bản của một máy thu khuếch đại là: thu nhận tín hiệu, lọc tín hiệu,
khuếch đại cao tần, giải điều chế, khuếch đại âm tần. Từ đó ta có sơ đồ khối tổng qt
như sau:

Hình 1: Sơ đồ khối máy thu


2.2 Sơ đồ khối máy thu FM
Tín hiệu cao được điều chế (AM, FM, PM) nhận được từ anten qua mạch vào qua
bộ khuếch đại cao tần RF được đưa vào bộ đổi tần để biến thành tần số tín hiệu khác
gọi là tần số trung gian, nhưng quy luật điều chế vẫn không thay đổi.

3


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

Hình 2: Sơ đồ khối máy thu FM
• Mạch vào: nối anten với đầu vào của tầng đầu tiên của máy thu, chuyển tín hiệu
cao tần nhận được từ anten thu đến tầng đầu tiên và có một phần như bộ chọn
lọc của máy thu. Bao gồm hệ thống cộng hưởng có thể điều chỉnh tần số cần thu,
mạch ghép với anten, mạch nối với tải.
• Bộ trộn tần (mixer): đầu ra là các thành phần tần số tổng và hiệu của 2 tín hiệu
đó.

3. Lý thuyết
3.1 Bộ khuếch đại cao tần
Bộ khuếch đại cao tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều chế cao tần đến
một giá trị nhất định. Khối khuếch đại cao tần có một số loại như tải là điện trở,
cuộn cảm hoặc mạch cộng hưởng.
• Tải là điện trở:

4



Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

Hình 3: Sơ đồ mạch bộ khuếch đại cao tần tải điện trở
Hệ số khuếch đại tương đối đồng đều đối với mọi tần số. Tần số càng cao thì
hệ số khuếch đại càng giảm nhưng không nhiều. Tiến tới tần số cắt thì hệ số khuếch
đại sẽ giảm nhanh.

5


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

• Tải là cuộn cảm:

Hình 4: Sơ đồ mạch bộ khuếch đại cao tần tải cuộn cảm
Khi tần số càng cao, hệ số khuếch đại càng tăng, nhưng không thể vượt quá
tầnsố cắt. Vẫn còn bị hạn chế bởi điện dung của cuộn cảm.
• Tải là mạch cộng hưởng:

Hình 5: Sơ đồ mạch bộ khuếch đại cao tần tải điện trở

6


Mạch Điện Tử Thơng Tin


GVHD: Hồng Mạnh Hà

Hệ số khuếch đại sẽ lớn nhất ở tần số cộng hưởng của mạch, cịn ở các tần số
khác khơng được khuếch đại. Tần số cộng hưởng có thể điều chỉnh được hoặc đã
cố định ở một tần số. Mạch cộng hưởng có hệ số khuếch đại lớn hơn nhiều lần so
với tải điện trở hay cuộn cảm.
3.2 Bộ trộn tần
Khối Mixer (trộn tần) có nhiệm vụ là nhận tín hiệu cao tần từ khối khuếch đại
cao tần và kết hợp với các sóng ngõ ra của bộ dao động nội để tạo một tín hiệu trung
tần IF. Tần số của LO (Local Oscillator) có thể điều chỉnh một cách linh hoạt để tạo
ngõ ra của khối Mixer là một tín hiệu trung tần với tần số cố định (thường là
10.7MHz)

Ngõ ra sau khi trộn tần sẽ gồm các tần số fi (ngõ ra bộ RF Amplifier), f (ngõ
ra bộ dao động nội), fs+fo và f-fo
Ví dụ để chuyển tần số 107.1 MHz về tần số trung tần IF 10.7MHz cho bộ giải
điều chế ta sẽ điều chỉnh bộ dao động nội có tần số 96.4MHz. Từ đó ngõ ra sẽ gồm
các tần sốfs=107.1MHz, fo = 96.4MHz, fs+fo = 203.5MHz, và fs-fo = 10.7MHz.
Sau đó ta dùng một bộ lọc thơng dải để loại bỏ các tần số khơng mong muốn.
Hiện nay có khá có nhiều loại mạch Mixer, một số loại phổ biến như:
-

Mixer dùng một diode

7


Mạch Điện Tử Thơng Tin


GVHD: Hồng Mạnh Hà

Diode Mixer
Tín hiệu RF ngõ vào được đưa vào một bộ biến áp và sao đó được nối thẳng
với bộ LO và đi qua một diode khơng tuyến tính. Kết quả sẽ được tín hiệu
với các tần số khác nhau được trộn lại, sau đó tín hiệu sẽ được cho qua một
bộ BPF để thu được vùng tần số mong muốn.
-

Mixer dùng cầu Diode

Ở mạch này, cả tín hiệu RF và LO đều được đưa qua bộ biến áp do đó tín
hiệu sau khi trộn sẽ có biên độ lớn hơn làm cho việc BPF trở nên dễ dang
và hiệu quả hơn.
-

Mixer dùng FET
8


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

JFET Mixer
Để tạo một Mixer có chất lượng tốt hơn người ta thường dùng FETs. FETs
là một linh kiện cung cấp độ lợi lớn, ít nhiễu và trộn tần với độ chính xác
cao hơn.
-


Ngồi ra, với sự phát triển của cơng nghệ IC các mạch Mixer cũng được
đưa vào trong các mạch tích hợp nhỏ gọn và dễ dàng sử dụng hơn. Một số
IC Mixer phổ biến hiện nay như NE602, SA612.

9


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

NE602/SA612IC Mixer
3.3 Mạch trung tần và tách sóng
Khuếch đại trung tần nằm ở sau bộ đổi tần, có nhiệm vụ:
-

Khuếch đại tín hiệu nhỏ sau bộ đổi tần (Rx) đến mức cần thiết giải điều
chế.

-

Có độ chọn lọc cao nhờ các bộ lọc ÌE hiệu mong muốn và loại bỏ nhiễu
ngồi băng thơng.

-

Có AGC (automatic gain control) tránh quá tải cho giải điều chế.

-


Giảm méo giải điều chế trong hệ thống FM (frequency modulation).

Mức tín hiệu sau đổi tần khoảng <1mV, trong khi hầu hết các bộ giải điều chế
AM, FM, PM yêu cầu mức tín hiệu khoảng 1V.
Độ lợi khuếch đại điện điện áp trung tần (60÷100)dB, có 2 hoặc 3 tầng khuếch
đại IF dùng BJT, FET, MOSFET cho phép đạt được giá trị này.
Ngày nay, công nghệ vi mạch hiện đại hầu như đã chuẩn hóa vi mạch sau đổi
tần.

10


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

Bộ tách sóng dời phổ từ miền tần số cao về miền tần số thấp đồng thời làm
biến đổi cơ cấu của phổ tín hiệu. Dùng các phần tử phi tuyến (diode, transtor…) và
các phần tử tuyến tính có tham số biến đổi tuần hồn theo thời gian.
→Tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu điều chế và khơi phục lại tín hiệu âm
tần ban đầu.
3.4 Bộ khuếch đại âm tần
AF ampliíier (Audio frequency ampliíier) là khối có nhiệm vụ khuyếch đại
các tín hiệu âm thanh con người có thể nghe được. Khối khuyếch đại này thường
được điều chỉnh bởi người dùng.
Vì các tín hiệu âm thanh ở tần số thấp nên, mạch khuếch đại có thể dùng các
loại BJT thường được sử dụng để khuếch đại.
Mạch khuếch đại âm thanh dùng 1 BJT đơn giản

11



Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

Mạch khuếch đại âm thanh dùng nhiều BJT ghép Cascade

Mạch khuếch đại âm thanh dùng IC LM368
Các mạch AF ampliíier ngày càng được đầu tư phát triển và tích hợp trong
các con IC cho ra chất lượng âm thanh và hệ số khuếch đại khác nhau phù hợp với
nhu cầu của người dùng.

12


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

3.5 Mạch vào máy thu
Để điều chỉnh cộng hưởng mạch vào, người ta thường sử dụng các tụ điện có
điện dung C biến đổi vì chúng dễ chế tạo chính xác hơn là cuộn dây có điện cảm
biến đổi. Các mạch ghép anten với mạch cộng hưởng vào:
• Mạch cộng hưởng ghép điện dung ngồi với anten:

Hình 6: Sơ đồ mạch mạch cộng hưởng ghép điện dung ngồi
Mạch rất đơn giản nhưng ít được sử dụng do còn mang một số khuyết điểm
Ap và Av thấp phụ thuộc nhiều vào tần số. Để khắc phục ta thường chọn cách ghép
với tụ C có giá trị 0 - 10 pF.

• Mạch cộng hưởng ghép điện dung trong với anten:

13


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

Hình 7: Sơ đồ mạch mạch cộng hưởng ghép điện dung trong
Mạch rất đơn giản nhưng ít được sử dụng do cịn mang một số khuyết điểm
Ap và Av thấp phụ thuộc nhiều vào tần số. Để khắc phục ta thường chọn cách ghép
với tụ C có giá trị 0 - 10 pF.
• Mạch cộng hưởng ghép biến áp tự ngẫu với anten:

Hình 8: Sơ đồ mạch mạch cộng hưởng ghép biến áp tự ngẫu
Mạch này có độ ghép cố định (Ap ≈ 1), nên đối với siêu cao tần thì hệ số tạp
âm rất nhỏ. Vì vậy cách ghép này thường dùng ở tần số siêu cao, ngồi ra cịn dùng
với bộ khuếch đại dùng Transistor để tổn hao công suất mạch vào ít.

14


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

4. Thiết kế
4.1 Bộ khuếch đại cao tần
Thiết kế đầy đủ của bộ khuếch đại cơng suất cao tần RF như sau:


Hình 9: Bộ khuếch đại công suất cao tần
4.2 Bộ trộn tần
Thiết kế đầy đủ của bộ trộn tần như sau:

15


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

Hình 10: Bộ trộn tần
4.3 Mạch dao động CLAPP mắc BC

Hình 11: Mạch dao động CLAPP mắc BC

16


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

4.4 Bộ khuếch đại âm tần

Hình 12: Bộ khuếch đại âm tần
4.5 Mạch vào máy thu

Hình 13: Mạch vào máy thu


17


Mạch Điện Tử Thơng Tin

GVHD: Hồng Mạnh Hà

4.6 Tồn bộ sơ đồ mạch

Hình 14: Tồn bộ sơ đồ mạch

18