Đề tài Máy thu thanh-Nguyên lí chi tiết

Sở giáo dục và đào tạo hải dương Trường THPT bình giang ********************************* Máy thu thanh nguyên lí chi tiết Lê Văn Pha Tìm hiểu về máy thu thanh Phần I : đặt vấn đề Trong những năm gần đây, với sự bùng nổ của cách mạng thông tin và sự tién bộ nhanh chóng của kĩ thuật điện tử, các phương tiện thông tin giải trí như máy thu thanh, thu hình đã trở thành đồ dùng không thể thiếu trong các gia đình Việt Nam. Các sóng vô tuyến đều lan truyền trong không gian với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng (300.000 km/s). Nhưng sóng truyền hình có vận tốc siêu cao chỉ lan truyền theo đường thẳng, an ten thu và an ten phát phải “nhìn thấy nhau” nên không đi xa được. Trái lại sóng truyền thanh có tần số thấp hơn lan truyền tốt ở mọi địa hình, theo bề mặt trái đất, hoặc phản xạ nhiều lần bởi tầng điện ly nên có thể đi rất xa và phủ sóng xuyên quốc gia. Vì vậy ở những nơi địa hình phức tạp, sóng truyền hình không tới được, thì máy thu thanh (MTT) trở thành phương tiện thông tin giải trí chủ yéu, là người bạn gối đầu của nhiều thế hệ, từ cụ già đến các em nhỏ. MTT đơn giản đến mức ai ai cũng sử dụng được, nhưng lại phức tạp không kém bởi số người hiểu biết về nó vô cùng ít ! Cách đây hàng thế kỉ, những MTT đầu tiên ra đời được lắp từ các đèn điện tử chân không vừa to vừa tốn điện. Giữa thế kỉ 20 trở đi các đèn điện tử được thay bằng các tranzicto nhỏ gọn, bây giờ các linh kiện rời rạc được gói gọn vào vi mạch ( IC ) khiến MTT càng nhỏ gọn và đơn giản hơn. Mặc dù cấu tạo và linh kiện MTT đã thay đổi quá nhiều, nhưng nguyên lí làm việc của nó không thay đổi, vẫn như những máy cổ lỗ ngày xưa. Chương trình công nghệ lớp 12 giới thiệu MTT trong một tiết học. Đây thực sự là một công việc khó khăn, bởi vì hoạt động của MTT không đơn giản một chút nào. Với kinh nghiệm lắp ráp và sửa chữa MTT trong nhiều năm, chúng tôi muốn chia sẻ với các bạn đồng nghiệp vài ý kiến, hi vọng làm giảm bớt khó khăn và tạo hứng thú học tập cho học sinh đối với bộ môn công nghệ Phần II : Giải quyết vấn đề Phần này được trình bày theo 5 nội dung: 1 - Sóng và nguyên lí phát sóng vô tuyến. 2 -Nguyên lí máy phát thanh 3 - Máy thu thanh đơn giản 4 – Nhược điểm của MTT đơn giản và ưu điểm của MTT đổi tần 5 - Đồng chỉnh ở MTT 6 – Sự khác nhau và ưu nhược điểm của MTT AM & FM 7- Ap dụng vào bài giảng .. Nội dung 1: Sóng và nguyên lí phát sóng vô tuyến 1)-Khi ta ném một viên đất xuống mặt nước, quan sát sẽ thấy các vòng sóng lan tỏa theo các hình tròn đồng tâm. Nếu các sóng sít nhau (tần số cao) thì vòng nọ đẩy vào vòng kia làm sóng đi xa. Ngược lại nếu các vòng sóng cách xa nhau (tần số thấp),chúng không có tác dụng đẩy nhau nên sóng không đi xa được. Nếu ném 2 viên đất xuống mặt nước các sóng từ 2 nguồn sẽ giao thoa nhau, có chỗ sóng dày và cao hơn do hiện tượng cộng tần số và biên độ , có chỗ sóng thưa và thấp hơn do hiện tượng trừ tần số và biên độ giữa 2 sóng. Sóng điện từ cũng tương tự như vậy. Để sóng đi được xa thì các máy phát sóng của đài đều phải phát ở tần số cao, từ vài ngàn đến vài chục triệu ki lô héc. Các sóng này lan tỏa từ một cột an ten cao thẳng đứng thành các vòng tròn sát nhau , nên có thể đi xa hàng ngàn km Như thế trong không gian có hàng nghìn sóng điện từ phát ra từ các đài truyền hình các tỉnh, từ các đài phát thanh của hàng trăm nước, từ các đài thu phát thông tin, từ hàng triệu điện thoại di động vvCác sóng vô tuyến này như lớp lớp mạng nhện giăng kín trong không gian bao quanh trái đất, bao quanh giường nằm, bao quanh cơ thể của mỗi chúng ta. Chỉ cần một mẩu kim loại nhỏ bất kì, ta cũng thu được vô vàn sóng vô tuyến. 2)-Nguồn tạo sóng ở các đài phát chính là một mạch dao động, biến năng lượng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Mạch dao động đơn giản chỉ gồm 1 tranzicto với mấy điện trở , tụ điện và một cuộn dây. Thay đổi số vòng dây, hoặc thay trị số của tụ thì mạch có thể tạo ra dòng điện xoay chiều có tần số hàng chục đến hàng trăm triệu héc. Các mạch dao động kiểu này ta thấy có trong vợt muỗi, máy đánh cá dùng điện ác qui, bộ đổi diện ác qui thành điện xoay chiều dùng khi mất điện hay bộ dao dộng đa hài trang 44SGK đều là những bộ tạo sóng, chúng chỉ tạo ra tần số thấp để không được gây nhiễu vô tuyến. Còn bộ dao động ở các đài phát sóng vô tuyến phải tạo ra sóng hình sin có tần số cao hơn nhiều, để lan được đi xa. Nội dung 2 : Nguyên lí máy phát thanh Muốn hiểu MTT, cần phải hiểu nguyên lí phát thanh Phát thanh viên nói gần mỉcô, không khí rung động theo nhịp tiếng nói, làm màng giấy bóng của micô rung theo, cuộn dây đồng gắn chặt với màng giấy bóng bị rung trong khe một nam châm. Từ trường biến thiên làm ở cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng. Như thế dao động âm thanh đã biến thành dao động điện. Nhưng dao động điện này có tần số thấp (gọi là âm tần) nên không đi xa được.Muốn âm tần đi xa người ta phải gửi nó vào sóng cao tần do một bộ tạo sóng cao tần sinh ra( như vợt muỗiđã nói ở trên). Sóng cao tần được đưa ra an ten rồi truyền ra không gian thành các sóng điện từ. Sóng cao tần còn gọi là sóng mang vì khi đi xa nó phải mang theo dòng điện âm tần. Nội dung 3 : nguyên Lý máy thu thanh đơn giản Nếu máy phát thanh biến đổi âm thanh thành sóng điện từ rồi phát đi xa, thì ngược lai MTT lại thu sóng điện từ rồi biến đổi thành âm thanh để nghe.Các sóng điện từ cao tần biến thiên trong không gian làm xuất hiện ở an ten của MTT các suất điên động và dòng điện cảm ứng ,gọi là các tín hiệu điện. Nhưng an ten thu được vô vàn sóng trong không gian, nên phải có mạch chọn sóng để thu được đúng đài mình cần. Mạch chọn sóng gồm một cuộn dây vài chục vòng nối song song với một tụ xoay, tạo thành mạch dao động LC. Khi xoay tụ , tần số dao động riêng của mạch LC thay đổi, khi tần số của mạch LC trùng với tần số của sóng mang cao tần thu được, hiện tượng cộng hưởng xảy ra, tín hiệu thu được sẽ mạnh nhất, ta nghe được tiếng ở loa.Còn các đài khác không cộng hưởng nên tín hiệu thu được yếu, sẽ không nghe được . Tín hiệu sau chọn sóng được đưa vào mạch khuếch đại cao tần để làm tăng biên độ và độ nhạy cho MTT. Một mạch tách sóng sẽ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu cao tần, rồi đưa vào mạch khuếch đại âm tần để nâng công suất đủ lớn đưa vào loa. Dòng điện âm tần đưa vào cuộn dây loa làm cuộn này rung động. kéo màng loa rung theo và va đập vào không khí, truyền tới màng nhĩ, làm tai nghe được âm thanh. Nội dung 4: nhược điểm MTT đơn giản và ưu điểm MTT đổi tần MTT chỉ có tầng khuếch đại cao tần như trên gọi là MTT khuếch đại thẳng, thấy xuất hiện nhiều ở những năm bẩy tám mươi của thế kỉ trước, do các xí nghiệp truyền thanh, hoặc do những người yêu thích radiô lắp ráp. Những máy này có ít tầng khuếch đại nên độ nhạy kém, không thu được đài xa. Muốn thu được các đài của những nước ở xa, MTT phải có độ nhay cao. Độ nhạy phụ thuộc vào số tầng khuếch đại cao tần trước tách sóng. Nhưng tần số cao lại rất khó khuếch đại. Chúng ta thử cắt đứt dây an ten vào máy thu hình, cả hình và tiếng đều mất. chỉ cần đưa các đoạn dây đứt hơi gần nhau, không cần nối , ta thấy hình và tiếng có trở lại (tuy có yếu đi). điều này cho thấy: dòng điện cao tần rất dễ “truyền” qua lại. Vì vậy không được khuếch đại dòng điện cao tần quá khỏe, nếu khỏe quá nó sẽ truyền qua các linh kiện gần nhau, giữa các mạch in, giữa các mối hàn..vv..làm nhiễu sóng hỗn loạn, gây rú rít ở loa và làm MTT không ổn định Bởi vậy các MTT đều không dám lắp quá một tầng khuếch đại cao tần .. Muốn thêm tầng khuếch đại người ta phải tìm cách đổi tần số cao của sóng mang thành một tần số trung gian thấp hơn để khuếch đại cho dễ. Quá trình hạ tần số từ cao xuống thấp gọi là “đổi tần”. Các MTT ngày nay đều là máy đổi tần. Trong máy có lắp 1 tầng dao động nội, biến điện một chiều thành dao động xoay chiều có tần số cao ( như vợt muỗi đã nói trên) . ở máy thu điều biên, tần số của mạch dao động nội luôn cao hơn tần số của sóng mang một lượng bằng trung tần (Việt nam và các nước xã hội chủ nghĩa cũ trung tần bằng 465 ki lô hec, các nước khác là 455kHZ). Tín hiệu dao động nội cho trộn với tín hiệu của sóng mang từ mạch khuếch đại cao tần đưa sang , 2 sóng giao thoa làm tần số của 2 sóng được cộng hoặc trừ đi. Đặt mạch cộng hưởng trung tần ở đầu ra của mạch trộn tần , ta sẽ thu được tín hiệu trung tần có tần số bằng hiệu tần của 2 sóng. Tần số hiệu này nhỏ hơn tần số sóng mang rất nhiều nên khuếch đại dễ dàng. Các MTT thường có 2 hoặc 3 tầng khuếch đại trung tần rồi mới tách sóng. Do có thêm nhiều tầng khuếch đại nên MTT đổi tần có độ nhạy rất cao, ở băng sóng ngắn có thể thu được các đài cách xa nửa vòng trái đất. Vì sóng của mọi đài dều được đổi về một tần số trung tần bằng nhau nên các đài trong một băng sóng được khuếch đại tương đối đồng đều. Phần tách sóng, khuếch đại âm tần và loa như hệt MTT khuếch đại thẳng đã nói ở trên. Nội dung 5 :vấn đề đồng chỉnh MTT thường có nhiều băng sóng: băng sóng dài SD, sóng trung ST, ba băng sóng ngắn SN1,SN2,SN3.ở mỗi băng lại có rất nhiều đài trong nước và quốc tế, tần số của các đài này khác xa nhau, làm thế nào để tần số mọi đài đều đổi được về một tần số trung tần như nhau? Để làm được điều này, người ta chế tạo tụ xoay có 2 ngăn, một ngăn nối vào mạch chọn sóng, một ngăn nối với mạch dao động nội. Khi xoay tụ để chọn đài, điện dung 2 ngăn cùng biến đổi những giá trị tương ứng, làm tần số của 2 mạch này thay đổi một mức như nhau, đảm bảo để 2 tần số luôn luôn hơn kém nhau một lượng bằng trung tần. Hiện tượng ấy gọi là đồng chỉnh. Nội dung 6 : Máy thu thanh Am và FM Dòng điện âm tần có tần số thấp , muốn đi xa được phải gửi nó vào một sóng mang có tần số cao, để sóng mang đem nó đi xa. Quá trình gửi sóng gọi là điều biến ( điều chỉnh & biến đổi). Có 2 cách điều biến: -Khi đem tín hiệu âm tần điều biến tín hiệu cao tần làm cho biên độ tín hiệu cao tần bị biến đổi theo qui luật của tín hiệu âm tần, còn tần số không đổi, ta được sóng điều biên. -Khi đem tín hiệu âm tần điều biến làm cho tín hiệu cao tần bị biến đổi tàn số còn biên độ không đổi, ta được sóng điều tần. Do 2 cách điều biến nên có 2 loại MTT: MTT điều biên AM & MTT điều tần FM. Sóng điều biên AM có tần số thấp, gần với tần số các nhiễu công nghiệp, nhiễu nguồn điện , nhiễu đánh lửa ô tô xe máy..vv , nên âm thanh có nhiều tạp âm. Sóng điều tần FM có tần số siêu cao ( sóng truyền hình), cao hơn hẳn tần số các nguồn nhiễu ,dải tần lại rộng nên âm thanh nghe hay, tiếng trung thực và ít tạp âm Các đài phát thanh địa phương và các đài truyền hình hiện nay đều phát sóng FM .Hạn chế lớn nhất của sóng này là không đi xa được, vì nó chỉ đi theo đường thẳng, an ten thu phát phải “nhìn thấy nhau”.Vì vậy có khi chỉ vì một cái cây, một bức tường cũng làm sóng suy yếu hoặc biến mất. Do cách điều biến và dải sóng khác nhau, nên MTT AM và MTT FM có một số điểm khác: -Tần số dao động nội của máy thu AM cao hơn tần số sóng mang một lượng bằng trung tần. Trái lại tần số FM đã quá cao rồi nên tần số dao động nội ở MTT FM thấp hơn tần số sóng mang. - trung tần MTT AM là 455 hoặc 465 kilôhec, còn trung tần của máy FM là 10,7 mêgahec. - Mạch tách sóng AM chỉ dùng một đi ốt mắc kiểu chỉnh lưu nửa chu kì. Còn mạch tách sóng FM dùng 2 đi ốt (tách sóng tần số) Còn các phần khuếch đại cao tần, trung tần, âm tần, loa tương tự nhau về nguyên lí. Tất nhiên các linh kiện lắp ở máy FM phải có tần số cao, nên thường nhỏ gọn , bọc kim để chống nhiễu cẩn thận hơn. Sau đây là sơ đồ một MTT AM, loại một băng của Trung Quốc, máy thu thanh Phi Lạc, rất phổ biến ở Trung Quốc và Việt Nam vào những năm 80, lắp tranzicto rời để dễ quan sát. Mạch chọn sóng gồm cuộn dây L1 và tụ xoay C2a . Không có tầng khuếch đại cao tần riêng, tranzicto BG1 vừa tạo dao động nội , vừa trộn tần . Để đồng chỉnh, tụ xoay C2a ở mạch chọn sóng đồng trục với tụ xoay C2b ở mạch dao động nội. 2 tầng khuếch đại trung tần dùng BG2 và BG3, mạch tách sóng dùng đi ốt tiếp điểm , một tầng khuếch đại âm tần BG4, và một tầng công suất âm tần kép dùng 2 tranzicto mắc đẩy kéo. Nội dung 7 :-áp dụng vào bài giảng Những trao đổi trên đây chỉ là những kiến thức tham khảo, còn việc vận dụng vào bài giảng như thế nào lại là nghệ thuật của người thày và sự hứng thú nhận thức của học sinh Năm học vừa qua chúng tôi thực hiện bài giảng theo các bước sau: -Bước 1: khái niệm MTT. ở bước này giáo viên gợi ý để học sinh trình bày và hiểu được : MTT là thiết bị điện tử thu sóng điện từ trong không gian rồi xử lí, biến thành âm thanh. Nó khác máy tăng âm ở chỗ: Máy tăng âm thu tín hiệu trực tiếp có tần số thấp rồi khuếch đại và biến thành âm thanh. Còn MTT thu tín hiệu ở xa trong không gian có tần số cao , do đó phải chọn, tách sóng rồi mới khuếch đại để tạo thành âm thanh - Bước 2: giáo viên trình bày nguyên lí máy phát thanh, như nội dung 2, phầnII -Bước 3: giáo viên gợi ý rằng MTT hoạt động ngược với máy phát thanh để học sinh nêu cấu tạo và hoạt động MTT, hầu hết học sinh đã nói được nguyên lí và cấu tạo MTT khuếch đại thẳng -Bước4: giáo viên nói nhược điểm MTT đơn giản và ưu điểm MTT đổi tần, như nội dung 4 phần II -Bước 5: học sinh nêu những điểm khác giữa MTT khuếch đại thẳng với MTT đổi tần rồi nêu hoạt động MTT đổi tần. Thực tế hầu hết học sinh trình bày tốt phần này: Nguyên lí : an ten thu sóng điện từ trong không gian, rồi đưa vào mạch chọn sóng để chọn lấy tín hiệu của một đài nhất định, tín hiệu đã chọn được đưa vào mạch khuếch đại cao tần để tăng độ nhạy và độ khuếch đại. Sau đó tín hiệu được đưa vào mạch trộn tần. Tại đây tín hiệu do tầng dao động nội tạo ra được trộn với tín hiệu cao tần để tạo ra tín hiệu trung tần. tín hiệu trung tần được khuếch đại cho khỏe rồi đưa sang tầng tách sóng để tách tín hiệu âm tần ra khỏi sóng cao tần, tín hiệu âm tần được khuếch đại tới công suất đủ lớn và đưa ra loa. Dòng điện âm tần đi vào cuộn dây loa làm cuộn dây gắn với màng loa rung động, màng loa va đập vào không khí làm không khí lan truyền các rung động tới màng nhĩ, làm ta nghe được âm thanh. -Bước 6: giới thiệu mạch tách sóng AM Mạch tách sóng tương tự mạch chỉnh lưu nửa chu kì đã học ở chương 2 SGK. Để học sinh vận dụng được kiến thức cũ tốt nhất ta lấy một mạch thực tế các MTT đang dùng, bởi sơ đồ rất đơn giản . Phía sơ cấp là một mạch cộng hưởng trung tần. Tín hiệu trung tần cảm ứng giữa hai cuộn dây được đưa vào đi ốt tách sóng để chỉnh lưu nửa chu kì. Tải mạch tách sóng gồm tụ lọc cao tần C mắc song song với một điện trở biến đổi (chiết áp).Trị số tụ thường bằng 0,01mF, chiết áp khoảng 10 ki lô ôm. Tín hiệu ở tần số càng cao trở kháng của tụ lại càng nhỏ, khoảng vài chục ôm, nên tín hiệu cao tần sót lại sau tách sóng chỉ đi qua tụ , hầu như không qua biến trở vì điện trở của biến trở quá lớn do đó tín hiệu cao tần được lọc bỏ không được khuếch đại tiếp. Ngược lại tín hiệu âm tần có tần số thấp khó đi qua tụ vì trở kháng của tụ đối với tần số thấp quá lớn, nên chủ yếu đi qua biến trở và do đó được đưa vào tầng khuếch đại âm tần. -Bước 7. Để củng cố có thể đặt câu hỏi: muốn biến máy tăng âm thành máy thu thanh ta làm thế nào?. Phần III: kết luận. Bài giảng MTT mới thực hiện trong năm học vừa qua, kinh nghiệm chưa có nhiều, nhưng chúng tôi cũng mạnh dạn trao đổi cùng đồng nghiệp, mong muốn được học tập và chia sẻ kinh nghiệm. Chúng tôi đã áp dụng các bước trong bài giảng như trên và cảm thấy học sinh vừa hứng thú vừa hiểu bài. Hầu hết học sinh được kiểm tra đều trình bày được cấu tạo và nguyên lí của các loại MTT. Do phạm vi bài viết chỉ xoay quanh một bài giảng nên không thể đi sâu vào phân tích mạch, lại dựa trên hiểu biết của mình là chính , nên chắc chắn không thể đầy đủ được. Rất mong nhận được sự trao đổi cùng góp ý của các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cám ơn. Tháng 2 năm 2009