ใบความรู้

ใบความรู้ ที่ 2 รหัสวิชา 2104 -2209 วิชา เครื่องรับวิทยุ ชื่ อหน่ วย หลักการส่ งวิทยุระบบ AM , FM และ FM.MPX

หน่ วยการเรียนที่ 2 ระดับ ปวช.2 จํานวน 3 หน่ วยกิต จํานวน 12 ชั่วโมง

จุดประสงค์ การเรี ยนรู้ 1. ผูเ้ รี ยนมีความรู ้เกี่ยวกับการสื่ อสาร 2. ผูเ้ รี ยนมีความรู ้เรื่ องการผสมคลื่นหรื อมอดูเลเตอร์ ( Modulator ) แบบต่างๆ เนือ้ หา การติดต่อสื่ อสารของมนุษย์เรานั้น ได้วิวฒั นาการมาตั้งแต่อดีต นับตั้งแต่การใช้คาํ พูด บันทึก สัญญาณต่างๆ จะเห็นได้วา่ การวิวฒั นาการในรู ปต่าง ๆ พยายามที่จะให้ประสิ ทธิ ภาพของการสื่ อสาร เป็ นไปได้อย่างรวดเร็ วและมีระยะทางในการติดต่อที่ไกลขึ้น การสื่ อสารด้วยเสี ยงของมนุ ษย์เรานั้นสามารถติดต่อได้ในระยะทางใกล้ ๆ เพราะเสี ยงพูดของ เรานั้นมีความถี่อยูใ่ นย่านความถี่เสี ยง ไม่สามารถจะเดินทางไปในอากาศได้ไกล ๆ จึงจําเป็ นต้องอาศัยตัวกลางที่ สามารถพาเสี ยงให้เดินทางไปได้ไกลๆ แล้วนําเอาเสี ยงพูดมารวมกับตัวกลางแล้วจึงส่ งออกอากาศไปในอากาศ ตัวกลางนี้เริ่ มค้นพบตั้งแต่ปี ค.ศ. 1896 โดยมาร์ โคนี่ ( Marcone ) นักวิทยาศาสตร์ ช่าวอังกฤษ โดยการป้ อน กระแสไฟฟ้ าสลับที่มียา่ นความถี่สูงกว่า 20 KHz. ขึ้นไป ที่เรี ยกว่า “ ความถี่วทิ ยุ ” ( Radio Frequency ) ให้กบั ขดลวด ขดลวดจะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้ ากระแสสลับที่มีความถี่สูงให้เป็ นสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่เกิดจาก ไฟฟ้ ากระแสสลับความถี่สูงจะมีขนาดและทิศทางตามกระแสไฟฟ้ า จึงมีการสลับขั้วและทิศทางการไหลพร้อม กับขนาดของสนามแม่เหล็กอยูต่ ลอดเวลา จึงทําให้สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นมีการยุบพองตัวตามการเปลี่ยนแปลง ดังกล่าวอย่างรวดเร็ ว การเปลี่ยนแปลงนี้จะขึ้นอยูก่ บั ขนาดของความถี่ที่ป้อนให้กบั ขดลวด จึงทําให้เส้นแรง แม่เหล็กที่หลุดออกจากขดลวดกระเพื่อมไปในอากาศเหมือนกับคลื่นนํ้า ตามเส้นแรงแม่เหล็กของโลก เส้นแรง แม่เหล็กนี้สามารถแพร่ กระจายไปในอากาศได้ระยะทางไกล ๆ และเส้นแรงแม่เหล็กนี้ก็คือตัวกลางที่เราได้ กล่าวถึงในตอนต้น เราเรี ยกเส้นแรงแม่เหล็กนี้วา่ “ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า ” ( Electro Magnetic Wave )

การสื่ อสารด้ วยคลืน่ วิทยุ การสื่ อสารโดยใช้คลื่นวิทยุ อุปกรณ์ที่ทาํ หน้าที่ช่วยให้เกิดการแพร่ กระจายคลื่นในรู ปของ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าคือเครื่ องส่ งวิทยุ และสายอากาศส่ ง คลื่นวิทยุจะแพร่ กระจายออกไปในอากาศ หาก ต้องการรับข่าวสารดังกล่าวกลับมาฟัง ก็ตอ้ งอาศัยสายอากาศรับและเครื่ องรับวิทยุ ระบบของการรับส่ ง คลื่นวิทยุแสดงดังรู ป

รู ป ระบบการรับส่ งด้วยคลื่นวิทยุ ชนิดของข้ อมูลข่ าวสาร ข้อมูลข่าวสารที่ส่งไปจากเครื่ องส่ งจะมี 2 ลักษณะ คือ 1. ข้อมูลข่าวสารที่เป็ นรหัส ( Code ) 2. ข้อมูลข่าวสารที่เป็ นสัญญาณ ( Signal ) รู ปแบบของการส่ ง เครื่ องส่ งวิทยุแบ่งเป็ น 2 แบบ คือ 1. เครื่ องส่ งที่ส่งคลื่นต่อเนื่อง ( Contineuous Wave ) 2. เครื่ องส่ งที่ส่งคลื่นแบบผสม ( Modulation Wave )

รูป การส่ งคลื่นแบบต่อเนื่องหรื อ CW

รูป การส่ งคลื่นแบบคลื่นผสม การผสมคลืน่ วิทยุ ( Modulation ) การผสมคลื่นวิทยุ หมายถึงการนําเอาข้อมูลข่าวสาร เสี ยงพูด หรื อเสี ยงเพลงต่าง ๆ รวมเข้ากับคลื่น พาหะ เพื่อให้ข่าวสารที่นาํ ไปผสมนั้นเดินทางได้ไกล ๆ ตามต้องการ การที่ตอ้ งใช้คลื่นวิทยุเป็ นตัวพาสัญญาณต่าง ๆที่ตอ้ งการก็เพราะว่าคลื่นวิทยุ สามารถเดิน ทางได้ในระยะทางที่ไกล ๆและเกิดการสู ญเสี ยตํ่าในขณะเดินทาง เรามักเรี ยกชื่ อคลื่นวิทยุน้ ีอีกอย่างหนึ่งว่า “ คลื่นพาหะ ” ( Carrier Wave )

รู ป บล็อกไดอะแกรมของการสื่ อสารโดยใช้คลื่นวิทยุ การผสมข้อมูลข่าวสารเข้ากับคลื่นพาหะ ในระบบการสื่ อสารทําได้ 3 แบบ คือ 1. การผสมคลื่นทางความสู ง ( Amplitude Modulation ) หรื อ AM 2. การผสมคลื่นทางความถี่ Frequency Modulation ) หรื อ FM 3. การผสมคลื่นทางเฟส ( Phase Modulation ) หรื อ PM

การผสมคลืน่ ทางความสู ง ( Amplitude Modulation ) หรือ AM การผสมคลื่นทางความสู ง หมายถึงการนําเอาความถี่เสี ยงหรื อข้อมูลข่าวสารไป ผสมกับคลื่นพาหะ เมื่อผสมแล้วทําให้ส่วนสู งของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงมากหรื อน้อย ขึ้นกับความแรงของสัญญาณเสี ยงหรื อข้อมูลข่าวสาร ลักษณะของการผสมคลื่นทางความสู งหรื อเรี ยกทัว่ ๆ ไปว่า AM. นั้นแสดงดังรู ป

รูป การผสมคลื่นทางความสู ง ( Amplitude modulation ) จากรู ป แสดงการผสมคลื่นทางความสู ง โดยวงจรผสมคลื่นทางความสู งทําหน้าที่ผสมคลื่น เสี ยงเข้ากับคลื่นพาหะแล้วควบคุมให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางความสู งของคลื่นตามความแรงของคลื่นเสี ยง ถ้าเป็ นคลื่นเสี ยงที่เป็ นช่วงบวกที่เข้ามาผสมก็จะทําให้คลื่นพาหะมีระดับความสู งเพิ่มขึ้นมากกว่าปกติ และถ้า คลื่นเสี ยงช่วงลบเข้ามาผสมก็จะทําให้คลื่นพาหะมีระดับความสู งลดลงน้อยกว่าปกติ ระดับความสู งของคลื่น พาหะที่มีการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวนั้นก็คือคลื่นเสี ยงที่เกาะติดไปนัน่ เอง

รู ป เปรี ยบเทียบความถี่สัญญาณเสี ยงที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความสู งของคลื่นพาหะ

การผสมคลื่นทางความสู งหรื อ AM นั้น การคํานวณค่าที่เกี่ยวข้องกับการผสมคลื่น เรา คํานวณออกมาเป็ นเปอร์ เซ็นต์ เรี ยกว่า เปอร์ เซ็นต์การมอดูเลชัน่ หรื อ เปอร์ เซ็นต์การผสมคลื่น ( Percentage Modulation ) เพื่อเป็ นตัวกําหนดระดับคุณภาพของการผสมคลื่น ลักษณะของผลที่ได้จาการผสมคลื่น แสดง ดังรู ป

รู ป แสดงการผสมคลื่นที่เปอร์ เซ็นต์การผสมต่างกัน เปอร์ เซ็นต์การผสมคลื่น ( Percentage Modulation ) หาได้จากสู ตร เปอร์ เซ็นต์การผสมคลื่น( % Mod) = ( Emax – Emin / Emax + Emin ) x 100

รู ป แสดงตําแหน่ง Emax และ Emin แถบคลื่นความถี่ที่ได้จากการผสมคลื่นทางความสู ง มีผลให้ความถี่ที่เกิดขึ้นจากการผสมคลื่นนั้นมี หลายความถี่ ซึ่ งความถี่ดงั กล่าวจะประกอบด้วย ความถี่พ้ืนฐานของคลื่นเสี ยง ( Fm ) ความถี่พ้ืนฐานของ คลื่นพาหะ ( Fc ) และแถบความถี่ดา้ นข้าง ( SideBand Frequency ) 2ด้าน คือ แถบความถี่ดา้ นข้างสู ง ( Upper SideBand Frequency ) มีค่าเท่ากับ Fc + Fm และ แถบความถี่ดา้ นข้างตํ่า ( Lower SideBand Frequency )มีค่าเท่ากับ Fc – Fm ซึ่ งเมื่อรวมความถี่ต้งั แต่ Lower SideBand Frequency ถึง Upper SideBand Frequency เราเรี ยกว่า “ แบนด์วดิ ธ์ ” ( Band Width ) ดังรู ป

รู ป แสดงความถี่แถบข้างหรื อ SideBand Frequency ในการส่ งระบบ AM จะยอมให้มี SideBand ได้ขา้ งละ 5 KHz. หรื อ Band Width = 10 KHz.

รู ป ตัวอย่างของ SideBand และ Band width ที่ความถี่ 1,000 KHz. ชนิดของการผสมคลื่นทางความสู ง มีอยูด่ ว้ ยกันหลายแบบขึ้นอยูก่ บั ความต้องการของการ ส่ งข่าวสาร แบ่งได้ดงั นี้ 1. DSBFC = Double Side Band Full Carrier 2. DSBSC = Double Side Band Suppress Carrier 3. SSBSC = Single Side Band Suppress Carrier แบ่งออกเป็ น 3.1 SSBSC – USB 3.2 SSBSC – LSB การผสมคลืน่ ทางความถี่ ( Frequency Modulation ) หรือ FM. การผสมคลื่นทางความถี่ หมายถึงการนําเอาความถี่เสี ยงหรื อข้อมูลข่าวสารไปผสม กับคลื่นพาหะ เมื่อผสมแล้วทําให้ความถี่ของคลื่นพาหะเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลมากหรื อน้อยขึ้นกับ ความแรงของสัญญาณเสี ยงหรื อข้อมูลข่าวสาร ลักษณะของการผสมคลื่นทางความถี่หรื อเรี ยกทัว่ ๆไป เรี ยกว่า FM นั้นแสดงดังรู ป

รู ป การผสมคลื่นแบบ FM จากรู ป เมื่อคลื่นเสี ยงช่วงบวกถูกนํามาผสมจะทําให้ความถี่คลื่นพาหะยิง่ มีความถี่ สู งขึ้นและหากช่วงลบของความถี่เสี ยงเข้ามาผสม ะทําให้ความถี่ของคลื่นพาหะลดลง ดังรู ป

รู ป ผลของความถี่เสี ยงที่มีผลต่อคลื่น FM การผสมคลืน่ ทางเฟส ( Phase Modulation ) หรือ PM มีลกั ษณะคล้ายกับการผสมคลื่นแบบ FM ต่างกันที่ FM ความถี่คลื่นพาหะ เปลี่ยนแปลงไปตามสัดส่ วนโดยตรงกับความแรงของคลื่นเสี ยงที่เข้ามาผสมส่ วนการผสมคลื่นแบบ PM ความถี่คลื่นพาหะเปลี่ยนแปลงไปเป็ นสัดส่ วนโดยตรงกับความแรงและความถี่ของคลื่นเสี ยงที่นาํ มาผสม การผสมคลื่นแบบ PM แสดงดังรู ป

รู ป การผสมคลื่นแบบ PM หลักการของเครื่องส่ งวิทยุ AM , FM และ FM .MPX เครื่องส่ งวิทยุ AMและการทํางาน เครื่ องส่ งวิทยุ AM ทัว่ ๆ ไปสามารถแสดงเป็ นบล็อคไดอะแกรมได้ดงั รู ป

รู ป บล็อคไดอะแกรมของเครื่ องส่ งวิทยุ AM การทํางานของเครื่องส่ งวิทยุ AM เครื่ องส่ งวิทยุ AM เป็ นเครื่ องส่ งที่ให้การผสมคลื่นทางความสู ง มีการทํางานคร่ าว ๆ ของแต่ ละภาคดังนี้ 1. ภาคกําเนิดความถี่วทิ ยุ ( RF. Oscillator ) เป็ นภาคที่ให้กาํ เนิดความถี่วทิ ยุความถี่สูง ทําหน้าที่ เป็ นคลื่นพาหะ เป็ นตัวพาความถี่เสี ยงให้แพร่ กระจายในอากาศ 2. ภาคบัฟเฟอร์ ( Buffer ) ทําหน้าที่ขยายความถี่วทิ ยุที่ได้จากภาคกําเนิดความถี่วิทยุ ให้มีความ แรงและยังทําหน้าที่ป้องกันการรบกวนกันระหว่างภาคกําเนิดความถี่วทิ ยุกบั ภาคขยายกําลังอีกด้วย

3. ภาคขยายกําลัง ( RF. Amplifier ) ทําหน้าที่ขยายสัญญาณคลื่นความถี่ที่ถูกผสมแล้ว ให้มี กําลังแรงขึ้นแล้วส่ งออกอากาศ 4. ภาคขายเสี ยง ( AF.Amplifier ) ทําหน้าที่ขยายสัญญาณของคลื่นเสี ยงจาก ไมโครโฟน เทป หรื อแหล่งกําเนิดเสี ยงอื่น ๆ ที่ตอ้ งการนําไปผสมกับคลื่นพาหะ 5. ภาคผสมคลืน่ ( AM .Modulation ) ทําหน้าที่ผสมคลื่นของสัญญาณเสี ยงเข้ากับคลื่นพาหะ เครื่องส่ งวิทยุ FMและการทํางาน เครื่ องส่ งวิทยุ FM สามารถแสดงเป็ นบล็อคไดอะแกรมดังรู ป

รู ป บล็อคไดอะแกรมเครื่ องส่ งวิทยุ FM การทํางานของเครื่องส่ งวิทยุ FM เครื่ องส่ งวิทยุ FM มีหลักการทํางานของภาคต่าง ๆ ดังนี้ 1. ภาคกําเนิดความถี่วทิ ยุ ( RF. Oscillator ) เป็ นภาคที่ให้กาํ เนิดความถี่วทิ ยุความถี่สูง ทําหน้าที่ เป็ นคลื่นพาหะ เป็ นตัวพาความถี่เสี ยงให้แพร่ กระจายในอากาศ 2. ภาคผสมคลืน่ แบบ FM ทําหน้าที่ผสมคลื่นของสัญญาณเสี ยงเข้ากับคลื่นพาหะ 3. ภาคทวีคูณความถี่ ( Multiply ) ทําหน้าที่เพิ่มความถี่ของคลื่นพาหะให้สูงขึ้นจนถึงย่านความถี่ที่ ต้องการใช้งาน 4. ภาคขยายกําลัง ( RF. Amplifier ) ทําหน้าที่ขยายสัญญาณคลื่นความถี่ที่ถูกผสมแล้ว ให้มี กําลังแรงขึ้นแล้วส่ งออกอากาศ 5. ภาคปรีเอมฟาซิส ( Preemphasis ) ทําหน้าที่รับสัญญาณเสี ยงจากแหล่งกําเนิดเสี ยงที่ตอ้ งการเข้า ไปผสม แล้วยกระดับความถี่สูงหรื อเสี ยงแหลมให้มีความแรงมากกว่าปกติ เป็ นการช่วยให้คุณภาพของการ ผสมคลื่นแบบ FM ดีข้ ึน แล้วส่ งต่อไปยังภาคขยายเสี ยง 6. ภาคขายเสี ยง ( AF.Amplifier ) ทําหน้าที่ขยายสัญญาณของคลื่นเสี ยงจาก ไมโครโฟน เทป หรื อแหล่งกําเนิดเสี ยงอื่น ๆ ที่ตอ้ งการนําไปผสมกับคลื่นพาหะ

เครื่องส่ งวิทยุ FM.Stereo multiplexและการทํางาน แนวความคิดของการส่ งFM ธรรมดาและ FM Stereo Multiplex มีแนวความคิด ตามบล็อคไดอะแกรมดังรู ป

รู ป แนวความคิดเครื่ องส่ ง FM และ FM .Stereo multiplex ความแตกต่างของเครื่ องส่ ง FM และ FM .Stereo multiplex อยูท่ ี่การส่ งสัญญาณเสี ยงเข้ามาที่ภาค ผสมคลื่นแบบ FM ในเครื่ องส่ งแบบธรรมดา โดยที่สัญญาณซีกซ้าย ( L ) และสัญญาณซีกขวา ( R )จะถูก รวมกันเป็ นสัญญาณเดียว เราเรี ยกเครื่ องส่ งวิทยุแบบนี้ วา่ “ เครื่ องส่ งวิทยุ FM แบบโมโน ”( Mono ) ส่ วนในเครื่ องส่ งแบบ FM .Stereo multiplex สัญญาณเสี ยงจะมาจากแหล่งกําเนิดเสี ยงสัญญาณซี ก ซ้าย (L ) และสัญญาณซี กขวา ( R ) ส่ งมายังวงจรเข้ารหัสสเตอรี โอ ( Stereo Encoder ) ทําหน้าที่เข้ารหัส สัญญาณทั้งสอง ก่อนส่ งต่อไปภาคผสมคลื่นแบบ FM เราเรี ยกเครื่ องส่ งที่ใช้วธิ ี การส่ งแบบนี้วา่ ” เครื่ องส่ ง FM .Stereo multiplex

การทํางานของเครื่องส่ ง FM .Stereo multiplex การทํางานของเครื่ องส่ ง FM .Stereo multiplex แยกเป็ นภาค ๆ ได้ดงั นี้ 1. ภาครววมสั ญญาณ L + R ( L + R Adder ) ทําหน้าที่รับสัญญาณ ซ้ายและขวา มารวมกัน ได้ สัญญาณเป็ น L + R เพื่อให้เครื่ องรับที่เป็ นระบบโมโนสามารถรับสัญญาณได้ สัญญาณ L + R นี้จะมีความถี่ เสี ยงอยูใ่ นช่วง 0 – 15 KHz. 2. ภาคกลับเฟส 180 ° (180 ° Phase Inverter ) ทําหน้าที่กลับเฟสของสัญญาณซี กซ้ายและซี กขวา ไป 180 ° ( +R เป็ น – R และ -Lเป็ น +L ) 3. ภาครววมสั ญญาณ L - R ( L - R Adder ) ทําหน้าที่รับสัญญาณ ซ้ายและขวา ที่กลับเฟสแล้ว มารวมกันได้สัญญาณเป็ น L - R สัญญาณ L - R นี้จะมีความถี่เสี ยงอยูใ่ นช่วง 0 – 15 KHz. เช่นเดียวกับ สัญญาณ L + R