Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong giai đoạn đầu những năm 2000, kỹ thuật điện tử và viễn thông tại Việt Nam ghi nhận sự phát triển mạnh mẽ, mở rộng phạm vi ứng dụng từ các thiết bị sinh hoạt gia đình (máy thu hình, video, tủ lạnh, máy giặt), trang thiết bị văn phòng (máy tính, máy ảnh, hệ thống thông tin liên lạc như máy fax, máy nhắn tin, điện thoại) cho đến các ngành sản xuất, nuôi trồng và chế biến thủy hải sản. Trong lĩnh vực tự động hóa điều khiển, nhu cầu ứng dụng kỹ thuật vô tuyến để hiện đại hóa hệ thống, thay thế các thiết bị điều khiển thủ công hoặc có dây lạc hậu đặt ra yêu cầu cấp thiết đối với đội ngũ kỹ sư điện tử.

Đề tài "Nghiên cứu và thi công mạch điều khiển từ xa bằng sóng RF" do sinh viên Phạm Văn Trường thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Viết Phú tại Khoa Điện, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 2/2001), tập trung giải quyết bài toán ứng dụng kỹ thuật vô tuyến tần số cao vào hệ thống điều khiển từ xa. Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể như sau:

  1. Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết viễn thông vô tuyến: nghiên cứu cấu trúc máy phát và máy thu cao tần (RF), đặc tính truyền sóng vô tuyến trong môi trường khí quyển, các kỹ thuật điều chế tín hiệu (điều biên AM, điều chế đơn biên SSB, điều biến góc FM và PM), nguyên lý mạch dao động và khuếch đại công suất cao tần.
  2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý cho hệ thống điều khiển từ xa bao gồm hai phân hệ độc lập: khối phát sóng RF và khối thu sóng RF kết hợp giải mã tín hiệu.
  3. Tính toán thông số kỹ thuật cho các tầng mạch: mạch dao động cao tần, mạch điều chế tín hiệu, mạch khuếch đại công suất, mạch phối hợp trở kháng anten, mạch tách sóng và mạch giải mã logic hiển thị.
  4. Thi công thực nghiệm phần cứng, lắp ráp và kiểm tra hoạt động truyền nhận tín hiệu điều khiển từ xa trên mô hình thực tế.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là mạch điều khiển từ xa truyền tín hiệu vô tuyến bằng sóng RF. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát, thiết kế và chế tạo phần phát và phần thu tín hiệu điều khiển trong dải sóng quy định, thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong khung thời gian kết thúc vào ngày 28 tháng 02 năm 2001.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên nền tảng kỹ thuật truyền thanh, truyền hình và vô tuyến điện tử cao tần:

  • Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến: Bao gồm ba thành phần cốt lõi: máy phát tín hiệu, môi trường truyền sóng (vô tuyến/hữu tuyến) và máy thu tín hiệu. Máy phát thực hiện lồng ghép tin tức vào tải tín (sóng mang) thông qua kỹ thuật điều chế thích hợp để bức xạ sóng điện từ vào không gian; máy thu thực hiện chọn lọc, khuếch đại và tách sóng để khôi phục tín hiệu gốc.
  • Lý thuyết phân bổ tần số và tiêu chuẩn viễn thông: Đồ án viện dẫn các quy định của Ủy hội Tư vấn Quốc tế về Điện tín và Điện thoại (CCITT), Ủy hội Tư vấn Quốc tế về Vô tuyến Truyền thông (CCIR) trực thuộc Liên Hiệp Quốc, và tiêu chuẩn kỹ thuật phát sóng của Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ (FCC) làm cơ sở tham chiếu cho việc xác định dải tần, độ ổn định tần số, độ dãn kênh và giới hạn méo phi tuyến.
  • Lý thuyết kỹ thuật điều chế: Phân tích bản chất toán học của phương pháp điều chế biên độ (AM), điều chế đơn biên (SSB: triệt sóng mang SSBSC, giảm sóng mang SSBRC, hai biên độc lập ISB, triệt sóng mang DSBSC, dải biên hẹp VSB), và điều biến góc (điều tần FM, điều pha PM) dựa trên hàm giải tích và phân tích hàm Bessel.
  • Lý thuyết mạch dao động điều hòa cao tần: Nguyên lý tự kích của hệ thống có hồi tiếp dương theo tiêu chuẩn cân bằng biên độ $|\beta A| = 1$ và cân bằng pha $\varphi_A + \varphi_{ht} = 2n\pi$, phân tích các cấu hình dao động ba điểm điện cảm (Hartley) và ba điểm điện dung (Colpitts).

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật vô tuyến và thông tin liên lạc.
  • Phương pháp tính toán giải tích mạch điện tử tương tự và cao tần: tính chọn tham số linh kiện $R, L, C$, tính toán phối hợp trở kháng, dải thông máy thu và mạch lọc hài.
  • Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: thiết kế sơ đồ nguyên lý, thi công bảng mạch in phần cứng, hàn lắp linh kiện bán dẫn (transistor, diode biến dung Varicap, thạch anh) cùng vi mạch logic số (IC 74LS47), đo đạc hiệu chỉnh tần số và kiểm tra cự ly điều khiển thực tế.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển từ xa bằng sóng RF trong đồ án được thiết kế thành hai khối độc lập:

1. Phân hệ phát sóng RF

  • Khối tạo tín hiệu điều khiển: Tạo ra tín hiệu mang thông tin điều khiển ở tần số thấp (âm tần/xung lệnh).
  • Khối dao động chủ sóng (Master Oscillator): Tạo dao động cao tần ổn định làm sóng mang. Tác giả khảo sát giải pháp dao động LC kết hợp điều chế trực tiếp bằng phần tử điện kháng hoặc diode Varicap, cũng như giải pháp ổn định tần số bằng thạch anh.
  • Khối điều chế: Thực hiện ghép tín hiệu điều khiển vào sóng mang cao tần.
  • Khối tiền khuếch đại và khuếch đại công suất cao tần: Tăng cường mức công suất tín hiệu cao tần đạt yêu cầu bức xạ, hoạt động ở chế độ khuếch đại công suất lớp C dùng transistor để đạt hiệu suất cao.
  • Mạch phối hợp trở kháng và Anten phát: Mạch lọc đầu ra hình $\Pi$ hoặc mạch cộng hưởng LC nhằm phối hợp trở kháng giữa tầng khuếch đại công suất cuối với anten bức xạ, đồng thời triệt tiêu bức xạ sóng hài bậc cao.

2. Phân hệ thu sóng RF và giải mã chấp hành

  • Anten thu và mạch điều hợp cao tần: Tiếp nhận năng lượng sóng điện từ từ không gian, nâng cao độ chọn lọc ban đầu và tỷ số tín hiệu trên tạp âm ($S/N$).
  • Mạch trộn tần và dao động nội (Local Oscillator): Hạ tần số tín hiệu thu về dải trung tần (IF) cố định nhằm tối ưu hóa độ lợi khuếch đại và độ chọn lọc dải thông.
  • Mạch khuếch đại trung tần và tách sóng: Khuếch đại biên độ tín hiệu trung tần và giải điều chế để khôi phục lại tín hiệu điều khiển ban đầu.
  • Khối giải mã và hiển thị: Sử dụng vi mạch giải mã BCD sang LED 7 đoạn IC 74LS47 để giải mã dữ liệu điều khiển nhận được, hiển thị trạng thái tác động trực tiếp trên khối đèn hiển thị LED 7 đoạn.
  • Khối nguồn cấp: Thiết kế mạch cấp nguồn một chiều ổn áp, tích hợp các tụ lọc thoát cao tần nhằm triệt tiêu hiện tượng điều biến ký sinh do sụt áp hoặc nhiễu nguồn gây ra.

Nội dung chính theo từng chương

Phần A: Phần lý thuyết

Chương I: Giới thiệu máy phát RF

Chương I phân loại hệ thống máy phát theo công dụng (thông tin cố định/di động, phát thanh, phát hình, đo khoảng cách, ra-đa), theo tần số, theo phương pháp điều chế (AM, FM, FM stereo, PM, phát số) và theo công suất (nhỏ, trung bình, lớn, cực lớn). Tác giả làm rõ sơ đồ khối máy phát AM, máy phát SSB và máy phát FM. Đối với máy phát đơn biên SSB, văn bản chỉ rõ các ưu thế so với AM cổ điển: độ rộng dải sóng giảm một nửa giúp tăng gấp đôi dung lượng kênh trong cùng dải tần quy định, giảm đáng kể công suất phát, giảm dải thông thiết bị thu phát giúp nâng cao độ lợi tầng khuếch đại. Chương này cũng phân tích yêu cầu kỹ thuật của các mạch ghép tầng: phối hợp trở kháng để đạt công suất và hiệu suất cực đại, lọc triệt để các thành phần hài bậc cao và đảm bảo dải thông tín hiệu suy giảm không quá 3 dB.

Chương II: Giới thiệu máy thu RF

Chương II giới thiệu cấu trúc tổng quát của máy thu vô tuyến điều tần FM. Sơ đồ khối máy thu gồm các tầng: anten thu, mạch điều hợp và khuếch đại cao tần, mạch trộn tần kết hợp mạch dao động nội, mạch khuếch đại trung tần, mạch tách sóng, mạch khuếch đại tín hiệu âm tần và thiết bị đầu ra. Văn bản nhấn mạnh cấu hình máy thu đổi tần giúp mạch khuếch đại trung tần đạt độ lợi cao hơn, nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc so với máy thu khuếch đại thẳng.

Chương III: Sóng mang - Môi trường và đường truyền

Chương III trình bày chi tiết về phổ sóng điện từ truyền tin (nằm trong dải $3\text{ kHz} \div 40\text{ GHz}$), vai trò quản lý của các tổ chức quốc tế (CCITT, CCIR) và cơ quan quốc gia (FCC). Văn bản phân chia đặc tính kỹ thuật các dải tần số:

Ký hiệu dải tần Tên gọi tiếng Anh / Tên gọi quy ước Dải tần số Đặc tính truyền lan và ứng dụng chính
VLF Very Low Frequency $3 \div 30\text{ kHz}$ Truyền sóng đất, ít suy giảm ngày/đêm; thông tin hàng hải, tàu ngầm
LF (LW) Low Frequency (Sóng dài) $30 \div 300\text{ kHz}$ Truyền sóng đất; thông tin hàng hải, đài dẫn đường vô tuyến
MF (MW) Medium Frequency (Sóng trung) $300 \div 3000\text{ kHz}$ Truyền sóng đất và sóng trời; phát thanh AM ($540 \div 1600\text{ kHz}$)
HF (SW) High Frequency (Sóng ngắn) $3 \div 30\text{ MHz}$ Phản xạ tầng điện ly (sóng trời); viễn thông quốc tế cự ly xa
VHF Very High Frequency $30 \div 300\text{ MHz}$ Truyền theo tầm nhìn thẳng; truyền hình VHF, truyền thanh FM
UHF Ultra High Frequency $300 \div 3000\text{ MHz}$ Truyền tầm nhìn thẳng, định hướng cao; truyền hình UHF, vi ba, ra-đa
SHF Super High Frequency $3 \div 30\text{ GHz}$ Sóng vi ba, suy giảm do mưa ở $f > 10\text{ GHz}$; vệ tinh, ra-đa
EHF Extremely High Frequency $30 \div 300\text{ GHz}$ Suy giảm mạnh bởi hơi nước (183 GHz) và oxy (60, 119 GHz); ra-đa, vũ trụ
Quang Hồng ngoại, ánh sáng, tử ngoại $0{,}03 \div 10^5\text{ GHz}$ Truyền theo đường nhìn thấy; thông tin cáp quang sợi thủy tinh

Về môi trường truyền dẫn, tác giả so sánh cáp đôi dây xoắn (truyền tín hiệu tương tự đến 250 kHz ở cự ly $5 \div 6\text{ km}$, truyền số đến 100 kByte/s với bộ lặp cách $2 \div 3\text{ km}$), cáp đồng trục (truyền tín hiệu tương tự đến 400 MHz, tín hiệu số đạt 800 Mb/s với bộ lặp cách 1 km) và sợi quang (tốc độ truyền đạt đến 9 Gb/s). Về truyền sóng vô tuyến trong khí quyển, cự ly truyền thẳng $d$ của sóng VHF/UHF phụ thuộc vào chiều cao anten phát ($h_p$) và anten thu ($h_t$) theo công thức hình học bán kính quả đất $r$: $$d = d_p + d_t = \sqrt{2r h_p} + \sqrt{2r h_t}$$ Văn bản cũng nêu rõ độ cao quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh tiếp sóng vi ba là $35.784\text{ km}$.

Chương IV: Kỹ thuật điều chế (Modulation)

Chương IV trình bày sâu về giải tích tín hiệu điều chế:

  1. Điều chế biên độ (AM): Phương trình toán học biểu diễn sóng điều biên $e_c = E_c (1 + m \cos \omega_m t)\sin \omega_c t$, với hệ số điều chế $m = E_m / E_c$. Giới hạn kỹ thuật yêu cầu $m \le 1$ (thực tế $m_{\max} \approx 0{,}9$ để tránh hiện tượng quá điều chế gây méo tín hiệu). Phổ sóng AM có độ rộng dải thông $B_w = 2f_m$. Công suất toàn phần sóng AM gồm công suất sóng mang $P_c$ và hai dải biên: $$P_t = P_c \left(1 + \frac{m^2}{2}\right)$$ Theo chuẩn phát thanh AM của FCC: dải tần $540 \div 1600\text{ kHz}$, bước kênh $10\text{ kHz}$, độ ổn định tần số $\pm 20\text{ Hz}$, méo biên độ dưới 0,05 (với $m \le 0{,}85$), tạp âm và tiếng ù tối thiểu 45 dB, công suất máy phát địa phương tối đa 50 kW.
  2. Kỹ thuật điều chế đơn biên (SSB): So sánh hiệu suất sử dụng công suất khi $m = 1$: hiệu suất AM đạt $1/3$, trong khi SSB đạt xấp xỉ 1; tỷ số $S/N$ của SSB cao hơn AM; loại bỏ ảnh hưởng suy giảm tín hiệu do hiện tượng pha-đinh (fading) chọn lọc tần số mang trong truyền sóng ngắn. Phân tích các phương pháp tạo tín hiệu SSB: phương pháp lọc, phương pháp quay pha và phương pháp tổng hợp tần số (dùng bộ lọc thạch anh ở tần số trung gian $100 \div 500\text{ kHz}$).
  3. Kỹ thuật điều biến góc (FM và PM): Định nghĩa góc pha tức thời, độ di tần $\Delta \omega(t) = K_f e_m(t)$, mối liên hệ giữa điều tần và điều pha qua khâu tích phân/vi phân. Khai triển phổ sóng điều tần bằng chuỗi hàm Bessel cấp một bậc $n$ ($J_n(m)$). Bề rộng dải thông của mạch khuếch đại điều biến góc có chỉ số điều chế cao tuân theo định luật Carson: $$B_w = 2[\Delta f + f_{m(\max)}]$$ Công suất trung bình của sóng điều biến góc không thay đổi so với công suất sóng mang chưa điều chế.
  4. Mạch điều tần trực tiếp: Phân tích 4 cấu hình transistor làm phần tử điện kháng (RC, RL, CR, LR) để biến thiên trị số điện cảm tương đương $L_{tđ}$ hoặc điện dung tương đương $C_{tđ}$ theo điện áp điều chế $V_\Omega$. Phân tích mạch điều tần đẩy kéo để triệt tiêu điều biên ký sinh và tăng gấp đôi độ di tần. Khảo sát mạch điều tần dùng Diode Tunel và mạch điều tần dùng diode biến dung Varicap dựa trên sự biến thiên điện dung tiếp giáp theo điện áp phân cực ngược: $$C_v = \frac{C_{v0}}{(1 + V_v/\varphi)^n}$$ Văn bản chỉ rõ các giải pháp ổn định tần số trung tâm $f_0$: sử dụng bộ dao động thạch anh, ổn áp nguồn nuôi $V_{CC}$ và sử dụng các linh kiện bù nhiệt có hệ số nhiệt âm.

Chương V: Các vấn đề về mạch dao động

Chương V phân tích nguyên lý tạo dao động hình sin điều hòa ở tần số cao dùng transistor, FET và thạch anh. Xác lập điều kiện tự kích của mạch khuếch đại có hồi tiếp kín: $$\beta A = |\beta A| \exp[j(\varphi_A + \varphi_{ht})] = 1$$ tương ứng điều kiện cân bằng biên độ $|\beta A| = 1$ và cân bằng pha $\varphi_A + \varphi_{ht} = 2n\pi$. Phân tích các nguyên nhân gây mất ổn định tần số ($\Delta \omega / \omega_0$) do biến thiên điện áp nguồn, nhiệt độ môi trường làm thay đổi điện dung ký sinh nội tại của linh kiện bán dẫn. Để ổn định tần số, khung cộng hưởng phải có hệ số phẩm chất cao ($Q = 50 \div 100$), mắc thêm tầng đệm cực thu chung (CC) để giảm tải cho tầng dao động. Phân tích định lượng hệ thống dao động ba điểm tổng quát với điều kiện cộng hưởng điện kháng thuần: $$X_1 + X_2 + X_3 = 0$$ từ đó suy ra nguyên lý hoạt động của mạch dao động ba điểm điện cảm (Hartley) và ba điểm điện dung (Colpitts).

Chương VI: Bộ khuếch đại công suất cao tần

Khảo sát các chế độ làm việc của bộ khuếch đại cao tần lớp C dùng transistor để đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. Phân tích sơ đồ tương đương của transistor ở dải tần số cao, các chế độ phối hợp tải và quá trình triệt tiêu thành phần dòng điện hài bậc cao thông qua mạch lọc cộng hưởng đầu ra.

Chương VII: Lý thuyết về anten

Nghiên cứu nguyên lý bức xạ sóng điện từ của anten trong không gian, đặc tính định hướng, trở kháng bức xạ và yêu cầu phối hợp trở kháng giữa máy phát với đường truyền fiđơ nhằm cực đại hóa công suất phát và giảm thiểu hệ số sóng đứng.

Chương VIII: Giới thiệu linh kiện sử dụng trong mạch

Giới thiệu các linh kiện bán dẫn chuyên dụng trong mạch cao tần, vi mạch giải mã hiển thị:

  • IC 74LS47: Vi mạch giải mã logic BCD sang mã hiển thị LED 7 đoạn, ngõ ra cực thu hở (open collector), tích cực ở mức thấp (active LOW), chuyên dụng điều khiển LED 7 đoạn loại Anode chung.
  • Đèn hiển thị LED 7 đoạn: Cấu tạo gồm 7 thanh LED độc lập ($a, b, c, d, e, f, g$) sắp xếp dạng số 8 để hiển thị các ký số từ 0 đến 9 phục vụ hiển thị kênh hoặc lệnh điều khiển nhận được từ bộ thu RF.

Phần B: Phần thiết kế

Chương I: Giới thiệu mạch điều khiển từ xa bằng sóng RF

Xây dựng sơ đồ khối chi tiết của mạch phát và mạch thu điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến. Thuyết minh chức năng, nhiệm vụ kỹ thuật và mối liên kết hoạt động giữa từng khối chức năng trong toàn bộ hệ thống.

Chương II: Tính toán thiết kế

Trình bày sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh, thuyết minh nguyên lý làm việc và tính toán thông số chi tiết:

  • Phần phát sóng: Thiết kế mạch dao động chủ sóng, chọn thông số cuộn cảm, tụ điện khung dao động, tính chọn phân cực cho transistor cao tần, thiết kế tầng tiền khuếch đại và phối hợp ngõ ra anten.
  • Phần thu sóng: Thiết kế tầng tiếp nhận cao tần, bộ khuếch đại, bộ tách sóng khôi phục xung lệnh điều khiển, mạch logic đưa tín hiệu vào IC 74LS47 điều khiển đèn LED 7 đoạn hiển thị kết quả.
  • Phần nguồn: Tính toán và thiết kế mạch chỉnh lưu, lọc và ổn áp một chiều cung cấp nguồn nuôi ổn định cho toàn mạch.
  • Đánh giá kết quả và hướng phát triển đề tài: Đánh giá hoạt động thực tế của mô hình mạch thi công, độ nhạy và khoảng cách điều khiển.

Kết quả và đóng góp

Đồ án ghi nhận các kết quả kỹ thuật cụ thể đã đạt được:

  1. Thi công thành công phần cứng: Lắp ráp hoàn chỉnh mô hình mạch phát và mạch thu điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến RF, đáp ứng yêu cầu truyền và nhận tín hiệu điều khiển không dây.
  2. Xử lý tín hiệu hiển thị: Kết nối thành công mạch thu tín hiệu với khối logic số, sử dụng IC 74LS47 điều khiển hiển thị trạng thái tác động trực tiếp trên đèn hiển thị LED 7 đoạn.
  3. Ổn định hệ thống phần cứng: Ứng dụng các giải pháp ổn áp nguồn một chiều và cách ly tầng đệm nhằm giảm thiểu hiện tượng biến thiên tần số trung tâm và điều biên ký sinh trong quá trình phát sóng.
  4. Đóng góp kỹ thuật tự nêu: Đồ án đã tổng hợp một hệ thống tài liệu lý thuyết toàn diện về kỹ thuật máy phát, máy thu, cơ sở truyền sóng và các phương pháp điều chế tương tự kinh điển; đồng thời xây dựng một mô hình thực nghiệm trực quan phục vụ cho công tác học tập, nghiên cứu của sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do giới hạn về thời gian và điều kiện thực nghiệm năm 2001, đề tài chỉ tập trung khảo sát phần phát và phần thu tín hiệu điều khiển ở cấu hình cơ bản; cự ly điều khiển vô tuyến còn ở mức độ thử nghiệm cục bộ; mạch chưa tích hợp các giải pháp vi điều khiển lập trình để mở rộng số lượng kênh điều khiển phức tạp.
  • Hướng phát triển: Văn bản xác định định hướng tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về kỹ thuật viễn thông: ứng dụng mạch vòng khóa pha (PLL) và bộ tổng hợp tần số thạch anh nhằm nâng cao độ ổn định tần số phát; mở rộng hệ thống sang dải tần số cao hơn (UHF); tích hợp các vi điều khiển để mã hóa bảo mật dữ liệu điều khiển đa kênh.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Đối tượng: Sinh viên, giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử - Viễn thông và Tự động hóa cần nghiên cứu về thiết kế mạch phần cứng tương tự và vô tuyến cao tần.
  • Nội dung tham khảo giá trị:
    • Toàn bộ phần tính toán toán học về năng lượng sóng điều chế AM ($P_t = P_c(1 + m^2/2)$) và phổ Bessel trong kỹ thuật điều tần FM.
    • Các sơ đồ cấu hình phân áp dùng transistor làm phần tử điện kháng (RC, RL, CR, LR) để điều tần trực tiếp.
    • Phương pháp thiết kế bộ dao động ba điểm và kỹ thuật ghép nối hiển thị LED 7 đoạn thông qua vi mạch số 74LS47.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ số điều biến biên độ ($m$) được tính bằng công thức nào và giá trị thực tế khuyến nghị để tín hiệu không bị méo là bao nhiêu?
Hệ số điều biên được xác định bằng tỷ số giữa biên độ cực đại của tín hiệu điều biến ($E_m$) và biên độ sóng mang ($E_c$): $$m = \frac{E_m}{E_c}$$ Trong thực tế đo đạc tín hiệu qua điện áp đỉnh cực đại $V_{\max}$ và cực tiểu $V_{\min}$, hệ số được tính theo: $$m = \frac{V_{\max} - V_{\min}}{V_{\max} + V_{\min}}$$ Để đảm bảo máy thu không bị méo trầm trọng do hiện tượng quá điều chế ($m > 1$), giá trị cực đại trong thực tế được khống chế ở mức $m_{\max} \approx 0{,}9$.

2. Kỹ thuật điều chế đơn biên (SSB) có những ưu điểm kỹ thuật vượt trội nào so với điều chế hai dải biên có sóng mang (AM/DSBFC)?
Theo phân tích trong Chương IV của đồ án:

  • Độ rộng dải tần của SSB giảm một nửa ($B_{\text{SSB}} \le \frac{1}{2} B_{\text{AM}}$), cho phép tăng gấp đôi số lượng kênh truyền trong cùng một dải tần số quy định.
  • Hiệu suất sử dụng công suất đạt xấp xỉ 1 (ở $m = 1$), trong khi AM chỉ đạt tối đa $1/3$, giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng phát sóng.
  • Tỷ số tín hiệu trên tạp âm ($S/N$) cao hơn so với AM.
  • Loại bỏ hiện tượng méo tín hiệu do suy giảm sóng mang gây ra bởi hiện tượng pha-đinh (fading) trên tầng điện ly ở dải sóng ngắn.

3. Bề rộng dải thông tối thiểu của mạch khuếch đại tín hiệu điều biến góc có chỉ số điều chế cao được xác định theo định luật nào?
Bề rộng dải thông tối thiểu được xác định theo Định luật Carson (Carron): $$B_w = 2[\Delta f + f_{m(\max)}]$$ trong đó $\Delta f$ là độ lệch tần số cực đại và $f_{m(\max)}$ là tần số cao nhất của tín hiệu điều biến. Dải thông tính theo công thức này đảm bảo truyền tải được 98% tổng công suất phát sóng.

4. Trong mạch thu hiển thị của đồ án, linh kiện nào đảm nhiệm việc giải mã tín hiệu để xuất ra LED 7 đoạn?
Hệ thống sử dụng vi mạch giải mã chuyên dụng IC 74LS47 (loại giải mã BCD sang mã hiển thị LED 7 đoạn với ngõ ra cực thu hở tích cực mức thấp) kết hợp cùng đèn hiển thị LED 7 đoạn loại Anode chung để hiển thị trực tiếp trạng thái logic điều khiển nhận được.

5. Điều kiện cần và đủ để một hệ thống khuếch đại có hồi tiếp phát sinh dao động tự kích là gì?
Điều kiện tự kích của mạch hồi tiếp đóng kín được xác định qua biểu thức: $$\beta A = |\beta A| \exp[j(\varphi_A + \varphi_{ht})] = 1$$ Bao gồm hai điều kiện độc lập:

  • Điều kiện cân bằng biên độ: $|\beta A| = 1$ (khi khởi động cần $|\beta A| > 1$ để biên độ dao động tăng dần đến mức bão hòa xác lập).
  • Điều kiện cân bằng pha: Tổng góc dịch pha qua mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp phải bằng bội số nguyên của $2\pi$: $$\varphi = \varphi_A + \varphi_{ht} = 2n\pi \quad (n = 0, 1, 2, \dots)$$

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và thi công mạch điều khiển từ xa bằng sóng RF" của tác giả Phạm Văn Trường là công trình kỹ thuật phần cứng hoàn chỉnh, kết hợp đồng bộ giữa nghiên cứu lý thuyết viễn thông vô tuyến kinh điển và chế tạo mạch điện tử ứng dụng. Tác giả đã hệ thống hóa tường minh các nguyên lý truyền lan sóng mang, kỹ thuật điều chế tương tự và lý thuyết mạch dao động cao tần, đồng thời hiện thực hóa thành công mô hình thu phát tín hiệu điều khiển không dây kết hợp hiển thị qua vi mạch logic IC 74LS47 và LED 7 đoạn. Công trình phản ánh chính xác trình độ nghiên cứu, phương pháp tính toán thiết kế phần cứng điện tử cao tần tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM giai đoạn năm 2001 và cung cấp tư liệu tham khảo thực nghiệm giá trị cho các nghiên cứu kỹ thuật tương tự.