Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình phát triển của mạng lưới thông tin liên lạc và công nghệ vi mạch tích hợp cao vào cuối thế kỷ XX, nhu cầu truyền thông di động và linh hoạt của người sử dụng ngày càng gia tăng. Sự kết hợp giữa kỹ thuật thông tin vô tuyến và mạng điện thoại cố định truyền thống đã tạo ra hai dòng thiết bị liên lạc chủ yếu: điện thoại di động (Mobile Phone) và điện thoại không dây gia dụng (Cordless Phone). Điện thoại không dây giải phóng thiết bị đầu cuối khỏi sự ràng buộc của dây dẫn vật lý trong phạm vi sinh hoạt gia đình hoặc văn phòng, cho phép liên lạc nội bộ và kết nối trực tiếp vào mạng bưu điện công cộng.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Xuân Vinh tập trung nghiên cứu, khảo sát nguyên lý và thiết kế các khối mạch điện tử cho hệ thống điện thoại không dây dựa trên mẫu máy thương mại SANYO CLT 35 AMK2.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm 3 nội dung chính:

  1. Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết viễn thông vô tuyến: khảo sát các mạch tạo dao động cao tần, lý thuyết điều chế (AM, FM, PM), lý thuyết giải điều chế (tách sóng biên độ, tần số, pha), nguyên lý trộn tần và kỹ thuật thiết kế mạch khuếch đại công suất cao tần (RF).
  2. Phân tích cấu trúc phần cứng và nguyên lý hoạt động theo sơ đồ khối của máy điện thoại không dây SANYO CLT 35 AMK2 ở các chế độ: liên lạc nội bộ (Intercom), máy con gọi máy mẹ, máy mẹ gọi máy con, tiếp nhận cuộc gọi từ đường bưu điện (Tel-Line) vào và quay số gọi ra ngoài.
  3. Tính toán, thiết kế chi tiết các khối mạch điện chức năng thuộc máy mẹ (Base Unit) và máy con (Hand Unit), bao gồm các khối cao tần (thu, phát, dao động nội, trộn tần) và các khối xử lý tín hiệu điều khiển (bộ lọc tần số CALL, mạch tách sóng PILOT, mạch khóa chuyển mạch, mạch kích rơ-le, mạch ghép đường dây Hybrid, mạch khuếch đại âm tần).

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống điện thoại không dây tương tự hai chiều hoạt động ở dải tần vô tuyến cự ly ngắn. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào cấu trúc mạch phần cứng của khối máy mẹ (Base Unit) kết nối với mạng điện thoại cố định và khối máy con cầm tay (Hand Unit). Về mặt kỹ thuật, hệ thống hoạt động với tuyến thu phát vô tuyến: máy con truyền lên máy mẹ ở băng tần 49 MHz, máy mẹ truyền về máy con ở băng tần 1.7 MHz (kết hợp truyền dẫn qua đường dây nguồn xoay chiều AC line); các tín hiệu điều khiển âm tần bao gồm tín hiệu gọi CALL từ máy con (3.8 kHz), tín hiệu CALL từ máy mẹ (2050 Hz) và tín hiệu sóng mang giám sát kết nối PILOT (khoảng 4.5 kHz – 4.7 kHz). Đề tài được hoàn thành tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh vào tháng 5 năm 2001.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng khung lý thuyết kỹ thuật mạch vô tuyến và kỹ thuật điện tử viễn thông tương tự:

  • Lý thuyết dao động cao tần: Khảo sát điều kiện tự kích Barkhausen về cân bằng biên độ ($K \cdot K_{ht} = 1$) và cân bằng pha ($\varphi_K + \varphi_{ht} = 2n\pi$). Khảo sát các cấu trúc mạch dao động ba điểm điện dung (Colpitts), ba điểm điện cảm (Hartley), mạch Clapp ghép lỏng giảm ảnh hưởng điện dung ký sinh, mạch dao động thạch anh ổn định tần số cao ($\Delta f / f_0 \approx 10^{-5} \div 10^{-6}$), và các bộ dao động âm tần RC (cầu T kép, cầu Wien).
  • Lý thuyết điều chế và giải điều chế: Phân tích phổ tần số và hệ số điều chế của tín hiệu điều biên (AM, đơn biên SSB); giải tích toán học của quá trình điều tần (FM) và điều pha (PM) thông qua biến thiên tần số tức thời và độ di pha cực đại $\Delta \varphi_m$; phân tích các mạch tách sóng tần số như mạch tách sóng pha cân bằng, mạch tách sóng lệch cộng hưởng và mạch tách sóng tỉ số (Ratio Detector) có khả năng tự triệt tiêu nhiễu biên độ ký sinh.
  • Lý thuyết trộn tần: Khảo sát hàm truyền phi tuyến dựa trên khai triển chuỗi Taylor để phân tích các thành phần phổ tổng và hiệu, phục vụ chuyển đổi tần số cao tần RF xuống trung tần IF ($f_{IF} = |f_s - f_o|$).
  • Lý thuyết khuếch đại công suất cao tần: Phân tích chế độ làm việc của transistor lưỡng cực (BJT) ở các lớp Class A, Class B và Class C (với góc cắt dòng collector $\theta$ từ $70^\circ$ đến $90^\circ$); mô hình tương đương cao tần Giacoletto xác định các thông số dẫn nạp $g_m, r_{b'e}, C_{b'e}, C_{bc}$, tần số cắt $f_T, f_\beta$; phương pháp phối hợp trở kháng vào - ra qua các mạch lọc thông thấp dạng L, T, $\pi$ và giản đồ Smith.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm phương pháp phân tích giải tích kết hợp thiết kế phần cứng:

  • Phân tích ngược sơ đồ nguyên lý (Reverse Engineering) từ cấu trúc mạch máy thương mại SANYO CLT 35 AMK2 nhằm giải mã cơ chế phối hợp tín hiệu điều khiển và thoại.
  • Tính toán tham số phân cực DC và thông số động AC tín hiệu nhỏ/lớn cho từng tầng transistor và mạch khuếch đại thuật toán theo chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra.
  • Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu là tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của dòng máy SANYO CLT 35 AMK2, bảng thông số bán dẫn (Data Sheet) từ các hãng chế tạo RCA, Motorola, SANYO (đối với các linh kiện 2SC945, 2SK212, 2SC2839, 2N3866, MC-3359, LM567C, LM386, LR-40992) và các giáo trình chuyên ngành kỹ thuật vô tuyến.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án tập trung tính toán và thiết kế chi tiết phần cứng cho hai khối thiết bị chính:

[Mạng Điện thoại Bưu điện (Tel-Line)]
      (Mạch Hybrid 600 Ω)

1. Khối máy mẹ (Base Unit)

  • Mạch lọc chọn lọc tín hiệu CALL ($f = 3.8\text{ kHz}$): Cấu hình lọc dải thông sử dụng mạch lọc T kép trong nhánh hồi tiếp âm qua hai transistor 2SC945 ($Q_3, Q_4$). Các thông số tính toán gồm $C_1 = C_2 = 0.0022\ \mu\text{F}$, $C_3 = 0.0047\ \mu\text{F}$, $R_1 = R_2 = 18\text{ k}\Omega$, $R_3 = 10\text{ k}\Omega$, điện trở phân cực $R_7 = 470\text{ k}\Omega$.
  • Mạch khóa chuyển mạch (Switching Control): Thu nhận tín hiệu sau khi nắn bán kỳ qua diode $D$, tích trữ điện áp trên tụ $C_1 = 4.7\ \mu\text{F}$ và điện trở xả $R_1 = 200\ \Omega$ với hằng số thời gian $\tau = 40\text{ ms}$; điều khiển cặp transistor $Q_1, Q_2$ (2SC945) dẫn bão hòa để cấp nguồn cho tầng Intercom.
  • Mạch khuếch đại công suất âm tần: Sử dụng vi mạch tích hợp LM386 công suất thấp, chân số 4 nối mass thông qua khóa bán dẫn $Q_1$ đóng vai trò chân kích hoạt (ENABLE) khi hệ thống hoạt động ở chế độ đàm thoại nội bộ.
  • Mạch tách sóng nhận dạng PILOT: Sử dụng vi mạch vòng giữ pha PLL chuyên dụng LM567C với tần số trung tâm xác định qua công thức $f_0 = 1 / (1.1 R C)$. Mạch được thiết kế để nhận dạng các tone $4.5\text{ kHz}$ và $4.7\text{ kHz}$ với tụ định thời $C_5 = 0.022\ \mu\text{F}$, $R_4 = 10\text{ k}\Omega$, tụ lọc ngõ ra $C_2 = 0.22\ \mu\text{F}/50\text{V}$, độ nhạy ngõ vào giới hạn qua trở kháng $Z_{in} = 18\text{ k}\Omega$.
  • Mạch điều khiển rơ-le (Relay Drive): Điều khiển rơ-le loại $9\text{V} - 50\text{ mA}$. Khi LM567C phát hiện sóng PILOT từ máy con, chân 8 của IC chuyển xuống mức thấp ($0.2\text{V}$), làm ngắt transistor $Q_2$ và kích mở bão hòa transistor $Q_3$, cấp dòng đóng tiếp điểm rơ-le để chiếm đường dây bưu điện.
  • Mạch phối hợp và cách ly đường dây (Hybrid): Sử dụng bộ khuếch đại thuật toán thực hiện cách ly hai chiều giữa tuyến phát ($TxC$) và tuyến thu ($RxC$). Mạch đáp ứng dải tần thoại $300\text{ Hz} \div 3400\text{ Hz}$ với trở kháng chuẩn đường dây $Z_L = 600\ \Omega$. Hai tầng lọc thông thấp bậc hai Butterworth dùng OP-AMP triệt tiêu tần số PILOT với tần số cắt $f_c = 3.4\text{ kHz}$ ($R_1 = R_2 = 4.7\text{ k}\Omega, C_1 = C_2 = 0.01\ \mu\text{F}$). Hai diode Zener $3.3\text{V}$ ($DZ_1, DZ_2$) và điện trở bảo vệ $33\ \Omega / 1\text{W}$ mắc tại đầu ngõ vào Tel-Line để chống xung điện áp đột biến và sét lan truyền.
  • Tuyến thu vô tuyến cao tần ($49\text{ MHz}$): Tầng khuếch đại RF dùng transistor trường JFET 2SK212 ($U_{DS\max} = 20\text{V}, P = 0.2\text{W}$), phối hợp anten bằng biến áp cao tần có khung cộng hưởng $L_1 = 0.5\ \mu\text{H}, C_1 = 20\text{ pF}$. Tầng dao động nội dùng transistor 2SC2839 ghép thạch anh $X_1$ có tần số $38.07\text{ MHz}$. Tầng trộn tần (Mixer) dùng 2SC2839 hạ tần số $49\text{ MHz}$ xuống trung tần $10.7\text{ MHz}$ qua tải cộng hưởng $L = 11\ \mu\text{H}, C = 20\text{ pF}$. Mạch giải điều chế trung tần tích hợp trọn gói trong vi mạch MC-3359.
  • Tuyến phát cao tần ($1.7\text{ MHz}$): Tầng khuếch đại công suất phát sử dụng transistor 2N3866 hoạt động ở chế độ Class C với góc cắt $\theta = 80^\circ$, hệ số sử dụng nguồn $\xi = 0.8$, điện áp nguồn $V_{CC} = 9\text{V}$, công suất ra tải $P_L = 0.4\text{W}$ ($P_1 = 0.54\text{W}$), dòng collector xoay chiều $I_{c1} = 0.15\text{A}$, trở kháng tải collector $R_{te} = 48\ \Omega$. Mạch ghép ra đường dây dùng mạng LC ($L_1 = 8.2\ \mu\text{H}, C_1 = C_2 = 0.001\ \mu\text{F}/400\text{V}$). Tầng kích (Driver) hoạt động ở Class B ($\theta = 90^\circ, P_2 = 4.5\text{ mW}$), tầng đệm dùng transistor 2SC3331 và tầng điều chế tần số FM dùng mạch Colpitts kết hợp diode biến dung (Varicap) silicon BB102 với điện áp phân cực tĩnh $3.5\text{V}$.

2. Khối máy con (Hand Unit)

  • Mạch lọc dải thông sóng CALL ($f = 2050\text{ Hz}$): Sử dụng cầu T kép hồi tiếp âm qua 3 transistor 2SC945 ($Q_1, Q_2, Q_3$), các giá trị linh kiện được xác định gồm $C_1 = C_2 = 0.0034\ \mu\text{F}$, $C_3 = 0.0068\ \mu\text{F}$, $R_1 = R_2 = 22\text{ k}\Omega$, $R_3 = 10\text{ k}\Omega$.
  • Mạch khuếch đại công suất âm tần ra loa (Audio Out): Thiết kế theo sơ đồ OTL không biến áp đảo pha, sử dụng nguồn cung cấp $5\text{V}$, tải loa $R_L = 8\ \Omega$, công suất định mức $0.25\text{W}$. Tầng công suất kéo đẩy bổ trợ sử dụng cặp transistor 2SC1815 (NPN) và 2SA1015 (PNP), bù nhiệt bằng 2 diode 1N4007, tụ xuất âm $C_{out} = 620\ \mu\text{F}/10\text{V}$, tụ bootstrap $C_{BS} = 47\ \mu\text{F}/10\text{V}$ và tầng tiền khuếch đại dùng 2SC945.
  • Mạch phát xung quay số: Sử dụng vi mạch chuyên dụng SANYO LR-40992 cấp nguồn $3.5\text{V}$. Khi bấm phím trên bàn phím ma trận, vi mạch phát ra chuỗi xung ngắt quãng mạch phát sóng PILOT; rơ-le ở máy mẹ đóng/ngắt đồng nhịp để tổng đài bưu điện nhận dạng số thuê bao, đồng thời phát âm tone phản hồi ra loa máy con.
Khối chức năng Linh kiện bán dẫn / IC chính Tần số / Thông số thiết kế định mức
Thu RF máy mẹ JFET 2SK212 Băng thu $49\text{ MHz}$, $C_1 = 20\text{ pF}, L_1 = 0.5\ \mu\text{H}$
Dao động nội máy mẹ BJT 2SC2839 Thạch anh $38.07\text{ MHz}$, $I_{CQ} = 2\text{ mA}$
Trộn tần / Trung tần BJT 2SC2839 / IC MC-3359 Tần số trung tần $f_{IF} = 10.7\text{ MHz}$
Phát công suất RF máy mẹ BJT 2N3866 (Class C) $f = 1.7\text{ MHz}, P = 400\text{ mW}, V_{CC} = 9\text{V}, \theta = 80^\circ$
Điều chế FM máy mẹ BJT 2SC3331 + Varicap BB102 Mạch dao động Colpitts, $V_{bias} = 3.5\text{V}$
Lọc CALL máy mẹ 2x BJT 2SC945 Mạch T kép dải thông $f = 3.8\text{ kHz}$
Tách tone PILOT máy mẹ IC LM567C (PLL) $f_0 = 4.5\text{ kHz} \div 4.7\text{ kHz}$
Cách ly đường dây Tel-Line 3x Bộ khuếch đại thuật toán Mạch Hybrid thuần trở $600\ \Omega$, cắt $3.4\text{ kHz}$
Lọc CALL máy con 3x BJT 2SC945 Mạch T kép dải thông $f = 2050\text{ Hz}$
Công suất âm tần máy con 2SC1815 + 2SA1015 (OTL) $V_{CC} = 5\text{V}, R_L = 8\ \Omega, P_{out} = 250\text{ mW}$
Bộ quay số máy con IC SANYO LR-40992 Nguồn $3.5\text{V}$, phát xung Pulse ngắt PILOT

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Cơ sở lý thuyết

Trình bày hệ thống lý thuyết giải tích phục vụ tính toán phần cứng thông tin vô tuyến. Tác giả khảo sát chi tiết điều kiện dao động tự kích biên độ - pha; phân tích cấu tạo và công thức tần số của các sơ đồ ba điểm Colpitts, Hartley, Clapp; nguyên lý áp điện và mạch tương đương của thạch anh; ưu nhược điểm của bộ dao động RC cầu T kép và cầu Wien. Khảo sát giải tích điều chế AM (đơn biên SSB), phân loại điều tần FM trực tiếp bằng diode biến dung (Varicap) và điều tần gián tiếp qua điều pha PM. Đánh giá các phương pháp tách sóng tần số, nhấn mạnh sơ đồ tách sóng tỉ số trong việc loại bỏ ký sinh biên độ. Khảo sát khai triển phi tuyến Taylor trong trộn tần. Phân tích chế độ làm việc của transistor công suất RF ở các góc cắt dòng collector khác nhau (Class A, B, C) cùng các bước tính toán phối hợp trở kháng mạng L, T, $\pi$ và ứng dụng đồ thị Smith.

Phần II: Giới thiệu về điện thoại và phân tích hoạt động của Cordless Phone

Mô tả kiến trúc tổng thể và nguyên lý vận hành của dòng máy SANYO CLT 35 AMK2 gồm hai trạm độc lập: Base Unit và Hand Unit. Tác giả giải thích chi tiết quy trình xử lý tín hiệu qua sơ đồ khối ở các trạng thái vận hành:

  • Đàm thoại nội bộ (Intercom): Máy con phát tín hiệu CALL ($3.8\text{ kHz}$) kích hoạt khối Switching và khối tạo tiếng chuông CHIME tại máy mẹ; hai máy chuyển sang công tắc INT/TALK để đàm thoại qua lại.
  • Tiếp nhận cuộc gọi từ ngoài vào: Tín hiệu chuông từ tổng đài bưu điện kích khối tách chuông Ringer Detector trên máy mẹ; máy mẹ điều chế tín hiệu sóng CALL ($2050\text{ Hz}$) gửi sang máy con; người dùng nhấc máy con (gạt TALK), khối tạo sóng PILOT gửi ngược tín hiệu về máy mẹ để kích hoạt khối đóng rơ-le chiếm đường dây Tel-Line.
  • Quay số gọi đi từ máy con: Máy con ở vị trí TALK, IC quay số tạo chuỗi xung ngắt quãng sóng mang PILOT điều khiển rơ-le máy mẹ đóng mở theo nhịp xung gửi về tổng đài bưu điện.

Phần III: Thiết kế và tính toán

Tập trung toàn bộ các bước tính toán giải tích tham số mạch cho Base Unit và Hand Unit. Tác giả xác định cụ thể điểm phân cực DC ($I_C, V_{CE}, I_B$) và các giá trị linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm cho từng tầng: mạch lọc T kép $3.8\text{ kHz}$, mạch khóa nắn điện Switching, mạch khuếch đại âm tần LM386, bộ giải mã tone LM567C, mạch lái rơ-le, mạch lọc tích cực Butterworth triệt xung PILOT và mạch Hybrid vi sai dùng OP-AMP cân bằng trở kháng đường dây $600\ \Omega$. Đối với phần cao tần Base Unit, chương này tính toán chi tiết tầng khuếch đại RF 2SK212 ($49\text{ MHz}$), mạch dao động thạch anh 2SC2839 ($38.07\text{ MHz}$), tầng trộn tần xuống trung tần $10.7\text{ MHz}$, tầng phát công suất RF Class C 2N3866 ($1.7\text{ MHz}, 400\text{ mW}$), tầng đệm 2SC3331 và tầng điều chế FM Varicap BB102. Đối với Hand Unit, chương này tính toán mạch lọc T kép $2050\text{ Hz}$, mạch khuếch đại công suất âm thanh OTL dùng cặp bổ trợ 2SC1815/2SA1015 tải $8\ \Omega$ và sơ đồ kết nối vi mạch quay số xung LR-40992.

Phần IV: Tổng kết

Tổng kết các kết quả đạt được về mặt lý thuyết và thiết kế hệ thống; đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ tính toán các mạch thu, phát và điều khiển của máy điện thoại không dây. Đồng thời, tác giả nêu các khuyến nghị phát triển đề tài về hướng số hóa và bảo mật thông tin.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

  • Kết quả kỹ thuật định lượng:
    • Hoàn thành tập hồ sơ tính toán thông số kỹ thuật cho toàn bộ các mắt xích mạch tương tự của điện thoại không dây: mạch lọc dải thông T kép chọn lọc chuẩn xác tần số chuông CALL $3.8\text{ kHz}$ và $2050\text{ Hz}$; mạch giải mã tone PLL LM567C nhận diện đúng tần số giám sát PILOT $4.5\text{ kHz} \div 4.7\text{ kHz}$.
    • Thiết kế hoàn chỉnh tầng khuếch đại công suất cao tần phát Class C sử dụng transistor 2N3866 đạt công suất ra $400\text{ mW}$, hiệu suất công tác nguồn đạt xấp xỉ $74%$ với góc cắt $\theta = 80^\circ$ tại tần số $1.7\text{ MHz}$.
    • Phối hợp trở kháng chuẩn xác cho mạch Hybrid OP-AMP với đường dây bưu điện ở mức thuần trở $600\ \Omega$ trong băng thông thoại $300\text{ Hz} \div 3400\text{ Hz}$, đảm bảo triệt tiêu độ xuyên âm giữa nhánh phát và nhánh thu ($H_{TxC \to RxC} \approx 0$).
    • Thiết kế tầng khuếch đại công suất âm tần OTL cho máy con đạt công suất ra loa $250\text{ mW}$ trên tải $8\ \Omega$ từ nguồn đơn $5\text{V}$.
  • Đóng góp kỹ thuật của đề tài: Hệ thống hóa chi tiết sơ đồ nguyên lý hoạt động của dòng máy điện thoại không dây tương tự SANYO CLT 35 AMK2; xây dựng quy trình tính toán thiết kế phần cứng cho từng khối vô tuyến và điều khiển tương tự, tạo tài liệu tham khảo kỹ thuật cho sinh viên thực hiện các đồ án viễn thông phần cứng cự ly ngắn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đề tài:
    • Hệ thống sử dụng công nghệ tương tự (Analog), hoạt động trên các tần số cố định ($49\text{ MHz}$ và $1.7\text{ MHz}$) nên khả năng chống can nhiễu từ môi trường còn hạn chế, cự ly truyền dẫn bị giới hạn trong không gian hẹp.
    • Thiết bị chưa tích hợp bộ vi xử lý (MCU) để quản lý mã bảo mật số (Security Code), tiềm ẩn nguy cơ bị trùng kênh, can nhiễu sóng hoặc nghe trộm giữa các máy lân cận.
    • Các kết quả chủ yếu dừng lại ở mức độ khảo sát lý thuyết, giải mã sơ đồ khối thương mại và tính toán thiết kế giải tích từng phân khối phần cứng riêng lẻ; chưa triển khai thi công mạch in (PCB) hoàn chỉnh toàn bộ máy để đo kiểm thực nghiệm đồng bộ.
  • Hướng phát triển được tác giả đề xuất:
    • Ứng dụng vi điều khiển để tự động hóa quá trình nhận diện mã bảo mật và quản lý kênh truyền liên lạc giữa máy mẹ và máy con.
    • Nâng cấp dải tần vô tuyến lên các băng tần cao hơn (như $900\text{ MHz}$, $2.4\text{ GHz}$ hoặc tiêu chuẩn số DECT) nhằm mở rộng cự ly liên lạc và nâng cao chất lượng đàm thoại.
    • Ứng dụng vòng khóa pha số (PLL Synthesizer) trong mạch dao động cao tần thay cho việc dùng thạch anh cố định đơn kênh, cho phép thiết bị tự động quét và chuyển đổi đa kênh tránh nghẽn sóng.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho sinh viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Viễn thông và Kỹ thuật Phần cứng:

  • Tham khảo phương pháp tính toán mạch lọc tích cực RC dải thông hẹp (cầu T kép) và ứng dụng vi mạch giải mã tone bằng vòng khóa pha LM567C trong xử lý tín hiệu điều khiển âm tần.
  • Cung cấp quy trình tính toán thiết kế mạch khuếch đại công suất cao tần Class C, mạch điều chế tần số Colpitts dùng diode biến dung Varicap và tầng trộn tần trung tần sử dụng linh kiện bán dẫn rời.
  • Cung cấp cấu trúc và phương pháp phối hợp trở kháng cho mạch Hybrid 2 dây - 4 dây cách ly thu phát trên đường dây thuê bao bưu điện công cộng $600\ \Omega$.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống điện thoại không dây trong đồ án sử dụng các tần số vô tuyến nào để truyền dẫn thoại giữa Base Unit và Hand Unit?
Tuyến truyền dẫn từ máy con (Hand Unit) lên máy mẹ (Base Unit) hoạt động ở băng tần cao tần $49\text{ MHz}$ sử dụng điều chế tần số FM. Tuyến truyền dẫn từ máy mẹ về máy con hoạt động ở băng tần sóng trung $1.7\text{ MHz}$, truyền lan qua không gian và bức xạ trên đường dây điện xoay chiều AC line ($110\text{V}/220\text{V} - 50/60\text{Hz}$).

Tín hiệu CALL và tín hiệu PILOT có vai trò gì và tần số của chúng là bao nhiêu?
Tín hiệu CALL là tín hiệu âm tần dùng để báo chuông: máy con gọi máy mẹ sử dụng sóng CALL tần số $3.8\text{ kHz}$; máy mẹ gọi máy con sử dụng sóng CALL tần số $2050\text{ Hz}$. Tín hiệu PILOT là tín hiệu sóng mang âm tần (khoảng $4.5\text{ kHz} \div 4.7\text{ kHz}$) do máy con phát liên tục về máy mẹ trong suốt cuộc gọi; tín hiệu này báo trạng thái máy con đã sẵn sàng (nhấc máy) để mạch điều khiển trên máy mẹ kích đóng rơ-le kết nối vào mạng bưu điện, đồng thời ngắt sóng PILOT theo nhịp xung để quay số.

Tầng khuếch đại trung tần tại máy mẹ Base Unit sử dụng giải pháp kỹ thuật nào?
Tín hiệu thu $49\text{ MHz}$ sau khi qua tầng khuếch đại RF (JFET 2SK212) được trộn với dao động nội thạch anh ($38.07\text{ MHz}$) tại transistor 2SC2839 để hạ xuống tần số trung tần $10.7\text{ MHz}$. Tín hiệu trung tần này được xử lý, lọc dải thông và giải điều chế FM thông qua vi mạch chuyên dụng Motorola MC-3359.

Mạch khuếch đại công suất cao tần tại trạm Base Unit được tính toán với các chỉ tiêu kỹ thuật nào?
Tầng công suất sử dụng transistor 2N3866 hoạt động ở chế độ Class C với góc cắt $\theta = 80^\circ$ tại tần số $1.7\text{ MHz}$. Mạch làm việc với nguồn cung cấp $V_{CC} = 9\text{V}$, công suất ra danh định $400\text{ mW}$, dòng collector xoay chiều $0.15\text{A}$, hiệu suất sử dụng nguồn đạt $74%$ và trở kháng tải collector tính toán là $48\ \Omega$.

Mạch Hybrid trên trạm máy mẹ giải quyết vấn đề kỹ thuật gì?
Đường dây thuê bao bưu điện (Tel-Line) là đường truyền hai dây dùng chung cho cả tín hiệu thu và phát. Mạch Hybrid dùng 3 bộ khuếch đại thuật toán (OP-AMP) và điện trở cân bằng $600\ \Omega$ để biến đổi đường truyền 2 dây thành 4 dây độc lập: chuyển tín hiệu phát từ máy con vào đường dây bưu điện mà không đưa ngược về tầng thu, đồng thời trích xuất tín hiệu đàm thoại từ đường bưu điện chuyển về máy con mà không làm suy giảm biên độ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Cordless Phone" của tác giả Trần Xuân Vinh đã giải quyết hệ thống hóa cơ sở lý thuyết viễn thông tương tự và phân tích cấu trúc mạch phần cứng của máy điện thoại không dây thương mại SANYO CLT 35 AMK2. Công trình hoàn thành việc tính toán, thiết kế chi tiết các tầng mạch thu phát cao tần ở băng tần $49\text{ MHz} - 1.7\text{ MHz}$ cùng các mạch xử lý tín hiệu âm tần điều khiển bao gồm lọc T kép, nhận dạng tone PLL LM567C, mạch phối hợp đường dây Hybrid và tầng khuếch đại công suất âm tần OTL. Đây là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo học thuật đối với sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện tử - truyền thông trong việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống thông tin vô tuyến tương tự cự ly ngắn.