เครื่องรับวิทยุ AM

เครอื่ งรบั วิทยุ AMเครื่องรับวทิ ยุ AM แบบ Superheterodyneวทิ ยุกระจายเสียงแบบ AM จะ มชี ่วงความถอ่ี ยู่ที่ประมาณ 535KHz - 1,605 KHz แต่ละ สถานีจะมี Bandwidth ประมาณ 10KHz ความถ่ี IF เท่ากบั 455 KHzวชิ า วงจรพลั ส์และสวติ ชิง หน่วยที่ 2 วงจรลดรูปสัญญาณ แผน่ ท่ี 1/14

AM RADIO IS BROADCAST ON SEVERAL FREQUENCY BANDSวชิ า วงจรพลั ส์และสวติ ชิง หน่วยท่ี 2 วงจรลดรูปสญั ญาณ แผน่ ท่ี 2/14

วทิ ยกุ ระจายเสียงระบบ AM ส่งออกอากาศ ดว้ ยหลายช่วงความถี่วทิ ยคุ ล่ืนยาว หรือ Long wave ,LW ออกอากาศท่ีความถ่ี 153 kHz–279 kHz สถานีจะมี Bandwidth ประมาณ 9 KHzวิทยคุ ลื่น ปานกลาง หรือ Medium wave , MW ออกอากาศที่ความถี่ 535 kHz–1,605 kHz. แต่ละ สถานีจะมี Bandwidth ประมาณ 10 KHzวทิ ยคุ ล่ืนส้นั หรือ Short wave , SW ออกอากาศที่ความถี่ 2.3 MHz – 26.1 MHz โดยจะแบ่งออกเป็น 15 ช่วงความถ่ียอ่ ย แต่ละ สถานีจะมี Bandwidth ประมาณ 5 KHz ช่วงความถี่น้ีจะเดินทางไดไ้ กล ท่ีสุดวชิ า วงจรพลั ส์และสวติ ชิง หน่วยที่ 2 วงจรลดรูปสญั ญาณ แผน่ ท่ี 3/14

วชิ า วงจรพลั ส์และสวติ ชิง หน่วยที่ 1 รูปร่างสญั ญาณไฟฟ้ าและค่าพารามิเตอร์ แผน่ ท่ี 4/19

สายอากาศของเครอื่ งรบั วิทยุแบบ AMRF Amplifier ทาหนา้ ท่ีขยายสญั ญาณวทิ ยทุ ี่รับเขา้ มาจากสายอากาศในส่วนน้ีจะมีวงจร Tune เลือกรับมาเฉพาะ ความถี่ช่วง 535 KHz -1,605 KHz

วงจร MIXERทาหนา้ ท่ีผสมคล่ืน จากภาค RF amp. และ Local Oscillatorสญั ญาณที่ออกมาท้งั หมด มี 4 ส่วนคือ

1. ความถี่ RF ที่รับเขา้ มา2. ความถ่ี OSC ที่ส่งมาจาก Local Oscillator3. ความถี่ผลต่างระหวา่ ง OSC กบั RF (OSC - RF) = IF =455 KHz4. ความถ่ีผลบวกระหวา่ ง OSC กบั RF (OSC + RF)ความถี่ที่ส่งไปยงั ภาค IF มีความถ่ีเดียวคือ ความถี่ ผลต่าง455 KHz ช่ึงไม่วา่ RF จะรับความถี่ใดเขา้ มา IF กย็ งั คงเท่าเดิม

วงจร Local Oscillator หรือวงจร OSC. ทาหนา้ ท่ีผลิดความถี่ข้ึนมา มีความแรงคงที่ ส่วนความถ่ีจะเปล่ียนแปลงได้ ตาม RF ท่ีรับเขา้ มา ซ่ึงภาค OSC จะผลิดความถ่ีข้ึนมาสูงกวา่ RF เท่ากบั IF คือ 455 KHz เสมอ เช่น รับสญั ญาณAM จากสถานี ความถี่ 600 KHz ความถ่ีของวงจร OSCFOSC = fRF + fIF = 600 KHz + 455 KHz = 1,055 KHz

ในวทิ ยุ AM บางรุ่น อาจจะรวม ภาค Mixer กบั OSC เขา้ ดว้ ยกนั เรียกวา่Converter ถา้ รวม 3 วงจรเขา้ ดว้ ยกนั คือ RF Amp + Mixer + OSC. เราจะเรียกวา่ภาค Front End รูปความถ่ี Local OSC. ที่ความถี่ต่าสุดของวทิ ยุ AM

รูปความถ่ี Local OSC. ท่ีความถี่สูงสุดของวิทยุ AM

Superheterodyne AM radio front end with improved front end filtering จากรูป ตวั อยา่ งเป็นวงจรวทิ ยุ AM แบบ Superheterodyne ที่เพมิ่ วงจรกรองสญั ญาณเขา้ ไป วงจรกรองเป็น L และ C ก่อนท่ีจะเขา้ วงจร Mixer สมมุติวา่ เราตอ้ งการรับสญั ญาณท่ีความถ่ี 1,490KHz วงจร OSC จะผลิตความถี่ข้ึนมา 1,945 KHz และความถ่ี IF กเ็ ป็น 455 KHz จากรูปการเปล่ียนความถี่ ของ RF และ OSC เราจะทาพร้อมกนั โดย เปลียนคา่ ของ

dual ganged-variable capacitor วงจร IF Amp คาวา่ IF กค็ ือ Intermediate Frequency คือ ความถี่ปานกลาง เกิดจากผลต่างของ วงจร OSC กบั RF ท่ี รับเขา้ มา จะไดค้ วามถ่ี IF 455 KHz วงจรน้ีจะขยายสญั ญาณ 455 KHz เพื่อใหแ้ รงข้ึนก่อนส่งไปยงั วงจร Detector ต่อไป

วงจร AM DETECTORทาหนา้ ที่ตดั สญั ญาณ IF ออกคร่ึงหน่ึงและกรองเอาความถ่ี IF ออก เหลือเฉพาะความถี่เสียง (AF) ส่งต่อไปยงั ภาคขยายเสียง มีสญั ญาณบางส่วนจะถกู กรองเป็นไฟ DC ส่งยอ้ นกลบั ไปยงั ภาคขยาย IF เป็นแรงไฟ AGC(Automatic Gain Control) ทาใหค้ วามแรงของสญั ญาณที่รับไดม้ ีขนาดใกลเ้ คียงกนั

การมอดเู ลตทางแอมพลจิ ูดการมอดูเลตแบบ AM น้นั เราใชส้ ญั ญาณขา่ วสาร สมมติวา่ ให้ สัญญาณเสียงมอดูเลตลงบนสญั ญาณพาหะ เพ่ือเปล่ียนคุณสมบตั ิทางแอม พลิจูด (หรือขนาด) ของพาหะ ในรูปที่ 1.8 เราใชส้ ัญญาณพาหะ (ก) ผสม กบั สญั ญาณเสียง (ข) ลงในวงจรนอนลิเนียร์ (nonlinear) เช่น ใชไ้ ดโอด หรือทรานซิสเตอร์โดยใหม้ ีจุดทางานอยใู่ นบริเวณท่ีไม่เป็นลิเนียร์ ใน อุปกรณ์แบบนอนลิเนียร์จะทาใหเ้ กิดสญั ญาณ AM ดงั รูปที่ 1.8 (ค) ข้ึน จะ สงั เกตวา่ สญั ญาณพาหะซ่ึงถูกมอดูเลตแลว้ จะมีแอมพลิจดู (ขนาด) เปล่ียนแปลงตามสญั ญาณเสียง สญั ญาณเสียงที่ปนอยใู่ นสญั ญาณ AM จะ เป็นกรอบคลื่น (envelope) บนและล่าง ดงั เช่นรูปที่ 1.9 (ก) เป็น สญั ญาณเสียงที่มีแอมพลิจดู ขนาดหน่ึง โดยรูปท่ี 1.9 (ข) คือสญั ญาณ AM ที่มีสัญญาณเสียงแอมพลิจูดเลก็ ลงดงั รูปที่ 1.9 (ค) สัญญาณ AM ท่ีเกิดข้ึนก็ จะมีกรอบ (การเปล่ียนแปลงทางแอมพลิจูด) เลก็ ลงดว้ ย ดงั รูปที่ 1.9 (ง

รูปท1่ี .8 การมอดูเลตทางแอมพลจิ ูดโดยใช้อปุ กรณ์นอนลเิ นียร์

รูปท1่ี .9 การใช้สัญญาณเสียงทม่ี ขี นาดมากและน้อยเพอ่ื มดดูเลตบนคลน่ื พาหนะ

เปอรเ์ ซน็ ตข์ องการมอดเู ลต ในรูปที่ 1.9 จะเห็นวา่ ปริมาณการมอดูเลตของสญั ญาณเสียงลงบนพาหะไม่เท่ากนั สังเกตไดว้ า่ แอมพลิจูดของพาหะเปลี่ยนแปลงในรูปท่ี 1.9 (ข) และเปลี่ยนแปลง นอ้ ยในรูปท่ี 1.9 (ง) ปริมาณการมอดเู ลตน้ีนิยมวดั เปอร์เซ็นตก์ ารมอดูเลตเท่ากบั ศนู ย์ (0 เปอร์เซ็นต)์ ในรูปที่ 1.10 (ก) สมมติวา่ พาหะมีแอมพลิจูดจากยอดบวกถึง ยอดลบเท่ากบั 40 Vp-p ในรูปท่ี 1.10 (ข) พาหะถกู มอดเู ลตดว้ ยสญั ญาณเสียงเตม็ ที่ 100 เปอร์เซ็นต์ แอม พลิจูดของพาหะจะตกลงมาถึงศนู ยแ์ ละแอมพลิจูดยอดบวกถึงยอดลบของพาหะ จะใหส้ ูงสุด 80 V p-p อยา่ งไรกต็ าม ค่าแอมพลิจูดโดยเฉลี่ยของพาหะยงั คงเป็น 40 Vp-p เท่าเดิม ในรูปที่ 1.10 (ค) พาหะถกู มอดเู ลตเพยี ง 50 เปอร์เซ็นต์ แอมพลิจูดของคล่ืนพาหะ สูง 60 V p-p และต่าสุด 20 Vp-p แอมพลิจูดของพาหะเท่ากบั 40 Vp-p เช่นเดิม เราสามารถใชส้ ูตรคานวณไดด้ งั สมการต่อไปน้ี

รูปท1่ี .10 การวดั เปอร์เซ็นต์การมอดูเลต

ปกติเราตอ้ งการใหเ้ ปอร์เซ็นตก์ ารมอดูเลตมีค่าสูงสุด เพ่ือวา่ สญั ญาณเสียงท่ีรับไดท้ ี่เคร่ืองรับจะมีกาลงั แรง (เสียงดงั ) ดูรูปท่ี 1.11 เน่ืองจากเครื่องรับAM จะเปลี่ยนคล่ืน AM เป็นสญั ญาณเสียง โดยการแยกเอาแต่เฉพาะสญั ญาณที่เขา้ ไปมอดูเลตลงบนพาหะกลบั คืนจากคลื่น AM คือดีมอดนน่ั เอง สญั ญาณเสียงที่รับไดใ้ นกรณีที่วา่ มอดูเลตมาแรง (เปอร์เซ็นตม์ อดูเลตมีคา่ สูง) จะไดเ้ สียงดงั กวา่ นนั่ คือ ในที่น้ีรูปท่ี 1.11 (ข) จะให้สญั ญาณเสียงดงั กวา่ รูปที่ 1.1 (ก) เพราะเปอร์เซ็นตก์ ารมอดูเลตมากกวา่อยา่ งไรกต็ ามการมอดูเลตตอ้ งไม่สูงเกินไป (ไม่เกิน 100 เปอร์เซ็นต)์ เพราะจะทาใหส้ ญั ญาณเสียงท่ีไดร้ ับท่ีไดท้ ี่เคร่ืองรับเกิดความเพ้ียน การมอดูเลตมากเกินไปน้ีเรียกวา่ การมอดูเลตเกิน (overmodulation) หรือเรียกยอ่ ๆ วา่โอเวอร์มอด จะเห็นวา่ แอมพลิจูดสัญญาณ AM ลดลงไดไ้ ม่ต่ากวา่ ศูนย์ ไม่วา่ จะมอดูเลต

รปู ท่ี11 แอมพลจิ ูดของสญั ญาณเสยี งที่ดมี อดคืนมาไดท้ ่ีเครอ่ื งรบั จะมีความแรงมากนอ้ ยข้นึ อยู่กบั เปอรเ์ ซน็ ตข์ องมอดเู ลต

รูปท1่ี .12 การโอเวอร์มอดจะทาให้สัญญาณทไี่ ด้จากการดมี อด (หรือดเี ทก) ทเี่ คร่ืองรับมีความเพยี้ น

แรงเท่าใดกต็ าม ยงิ่ สญั ญาณท่ีมอดูเลตมีคา่ มากคลน่ื พาหะจะ หายไป (cut off)บางส่วนเสียดว้ ยซ้า ดงั น้นั กรอบคลื่นของ สญั ญาณ AM จึงมีรูปร่างผดิ ไปจากสญั ญาณเสียงที่เขา้ ไปมอดู เลต ดงั ในรูปท่ี1.2 (ก)เป็นสญั ญาณที่เขา้ ไปมอดูเลต (คือ สญั ญาณเสียง)รูปที่1.12 (ข)เป็นพาหะท่ียงั ไม่มีการมอดูเลต รูป ท่ี1.12 (ค)เป็นพาหะที่มอดูเลตดว้ ยสญั ญาณเสียงท่ีมีความแรง มากเกินไปทาใหพ้ าหะบางช่วงหายไป เม่ือเค่ืองรับดีมอด สญั ญาณเสียงกลบั มาจะถึงลกั ษณะเหมือนกบั กรอบคลน่ื ซ่ึง เพ้ียนไปจากเดิม ดงั รูปท่ี 1.12 (ง)

รูปที่ 1.13 วเิ คราะห์คลน่ื AM ในเชิงความถ่ี

ไซดแ์ บนด์ AM เราลองวเิ คราะหส์ ญั ญาณ (รูปท1ี่ .13)ในเชงิ ความถ่ีดวู า่ เป็นอยา่ งไรและมอี งคป์ ระกอบ อะไรบา้ ง ในทน่ี ้ีสญั ญาณ AM เกิดจากสญั ญาณพาหะรูปซายนค์ วามถ่ี 1 เมกะเฮริ ตซ์ มอ ดเู ลตสญั ญาณเสยี งรปู ซายนค์ วามถี่ 10 กิโลเฮริ ตซ์ น่าจะไดพ้ าหะ 1 เมกะเฮริ ตซก์ บั สญั ญาณเสยี ง 10 กิโลเฮริ ตซเ์ ทา่ นน้ั อยา่ งไรก็ตามถา้ ถา้ เราป้ อนสญั ญาณทงั้ คใู่ หแ้ กว่ งจร ฟิลเตอรช์ นิดแบนดพ์ าส (bandpass filter) ความถี่กิโลเฮริ ตซก์ บั ความทถี่ 1 เมกะเฮริ ตซ์ เราจะพบวา่ ชนิดแบนดพ์ าสความถี่เป็นศูนยด์ งั รูปท1่ี .13 (ข) แตเ่ อาตพ์ ุตจาก วงจรฟิลเตอรค์ วามถ่ี 1 เมกะเฮริ ตซจ์ ะไม่ศูนยส์ รุปไดว้ า่ สญั ญาณพาหะ 1 เมกะเฮริ ตซเ์ ม่ือ ถกู มอดเู ลตดว้ ยสญั ญาณเสยี ง 10 กิโลเฮริ ตซแ์ ลว้ ผลปรากฏวา่ สญั ญาณ 10 กิโลเฮริ ตซ์ จะไมม่ อี ยใู่ นคลื่นพาหะทม่ี อดเู ลตแลว้ (คลืน่ AM)เลย แตไ่ ปปรากฏเป็นกรอบคลืน่ แทน อยา่ งไรก็ตามเรา ทราบดวี า่ คล่ืนAM จะตอ้ งมสี ว่ นประกอบของสญั ญาณเสยี งปนอยูแ่ น่นอนเพราะกรอบของ รูปคล่นื เป็นสงิ่ ทย่ี ืนยนั อยา่ งชดั เจน

ถา้ เราใชว้ งจรฟิลเตอรช์ นิดแบรนด์ แบบพิเศษทส่ี ามารถจนู ความถ่ีใกลเ้ คยี งกบั ความถี่ 1 เมกะเฮริ ตซ์ หรอื ใชส้ เปกตรมั อนาไลเซอร์ เพ่ือคน้ หาสญั ญาณทเี่ ขา้ ไป มดอเู ลตบนพาหะวา่ ไปหลบซอ่ นอยู่ในสว่ นใดของพาหะ (วเิ คราะหใ์ นเชงิ ความถี่) ดว้ ยวธิ ีน้ีเราจะพบวา่ สญั ญาณ AM น้ีนอกจากจะมีพาหะตวั เดมิ 1 เมกะเฮริ ตซ์ แลว้ ยงั มีคลน่ื ขา้ งเคยี งเกิดข้ึนอกี 2 ขา้ ง คอื ทคี่ วามถี่ 1.01 เมกกะเฮริ ต์ ซก์ บั 0.99 เมกะเฮริ ตซ์ คลน่ื ขา้ งเคยี งทง้ั 2 ขา้ ง น้ีเรยี กวา่ ไซดแ์ บนด์ (sideband) ซง่ึ เราจะตรวจพบไดโ้ ดยใชฟ้ ิลเตอรท์ ม่ี ีความเคมหรอื ความ ละเอยี ดในการจนู ตรวจคน้ สญั ญาณดงั รูป 1.13 (ค)ไซดแ์ บนดท์ ม่ี ีความสงู เรยี กวา่ ไซดแ์ บนดด์ า้ นบน (upper sideband หรอื USB) ความถ่ีของ USB เทา่ กบั ผลรวมความถ่ีพาหะกบั ความถี่ สญั ญาณมอดเู ลต

 ความถ่ี USB = fc + fm ในทนี่ ้ี fc คอื ความถี่พาหะ fm คอื ความถ่ีของสญั ญาณทเ่ี ขา้ ไปมอดูเลต ตามตวั อยา่ ง fc = 1 MHz, fm = 10 MHz ฉะนนั้ ความถี่ของ USB จะเทา่ กบั ความถ่ี= USB 1 MHz + 10 MHz = 1.01 MHz สาหรบั ไซดแ์ บนดท์ ม่ี คี วามถ่ีตา่ กวา่ เรยี กวา่ ไซดแ์ บนดา้ นลา่ ง (lower sideband หรอื LSB) ความถี่ของ LSB เทา่ กบั ความถ่ีพาหะลบดว้ ยความถี่ของสญั ญาณทเ่ี ขา้ ไป มอดเู ลต ในกรณนี ้ีจะได้ ความถ่ีLSB = fc - fm = 1 MHz - 10 MHz = 0.99 MHz

 กล่าวโดยสรุปไดว้ า่ คล่ืน AM ประกอบดว้ ยคล่ืนพาหะ และคลื่นไซดแ์ บนด์ 2 ขา้ ง คือ USB กบั LSB ถา้ เราลองพิจารณาแอมพลิจูดจากฟิ ลเตอร์ต่าง ๆ ในรูปที่ 1.13 (ค) จะพบวา่ แอมพลิจูดของสญั ญาณพาหะจะมีแอมพลิจูดคงเดิมเสมอ จนกวา่ จะมี สัญญาณเขา้ ไปมอดเู ลต แต่แอมพลิจูดเฉล่ียของพาหะยงั มีค่าคงเดิมตลอดไป ไม่วา่ จะมีสัญญาณเขา้ ไปมอดูเลตหรือไม่กต็ าม อาจจะมีขอ้ สงสัยวา่ แอมพลิจูดของ สัญญาณแต่ละตวั ประกอบข้ึน AM คือ คลื่นพาหะกบั ไซดแ์ บนดน์ ้นั มีแอมพลิจูด ขนาดของสัญญาณ AM กเ็ ปลี่ยนแปลงตามสญั ญาณเขา้ ไปมอดูเลต ขอใหพ้ ิจารณารูปที่ 1.14 ซ่ึงแสดงใหเ้ ห็นคล่ืนไซดแ์ บนท้งั คูแ่ ละพาหะ สังเกตตุวา่ พาหะมีแอมพลิจูดคงที่ และไซดแ์ บนดก์ ม็ ีแอมพลิจูดเท่ากนั ท้งั คู่และคงที่ดว้ ย จากการวเิ คราะห์ในรูปที่ 1.14 สรุปไดว้ า่ รูปร่างของกรอบคลื่นไม่ไดข้ ้ึนอยกู่ บั แอม พลิจูดของสญั ญาณไซดแ์ บนด์ แตค่ วามถี่ของสญั ญาณไซดแ์ บนดท์ ้งั คจู่ ะเป็น ตวั กาหนดเฟสของสญั ญาณไซดแ์ บนดว์ า่ จะตรงเฟสหรือต่างเฟส

กบั พาหะ ซ่ึงทาใหเ้ กิดการเปล่ียนแปลงของแอมพลิจูดของ สัญญาณ AM หรือกรอบคลื่น แอมพลิจดู ของไซดแ์ บนดจ์ ะข้ึนอยู่ กบั แอมพลิจดู ของกรอบคลื่น นน่ั คือเป็นตวั กาหนดเปอร์เซ็นตก์ าร มอดูเลต ท้งั น้ีเน่ืองจากไซดแ์ บนดอ์ าจมาเสริมหรือหกั ลา้ งกบั แอม พลิจูดของพาหะกไ็ ด้กล่าวโดยสรุปอีกคร้ังเก่ียวกบั สญั ญาณ AM นน่ั คือ สญั ญาณ AM เกิดจากสญั ญาณขา่ วสารเขา้ ไปมอดูเลตบนพาหะแลว้ ปรากฏเป็น สัญญาณไซดแ์ บนดท์ ้งั สองขา้ ง (คือ USE กบั LSB)

รูปท1ี่ .14 ความสัมพนั ธ์ทางเฟสระหว่างไซด์แบนด์กบั พาหะ