Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 11 chân trời Bài 5: Biến điệu

NHIỆT LIỆT CHÀO ĐÓN

CẢ LỚP ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI!

KHỞI ĐỘNG

Khi lái ô tô, các tài xế thường lắng nghe thông tin về tình trạng giao thông trên kênh giao thông FM 91 MHz của Đài Tiếng nói Việt Nam. Ngoài kênh FM, một số đài phát thanh - truyền hình cũng đã từng phát trên sóng radio ở kênh AM.

Vậy các thuật ngữ FM, AM là gì và việc phát sóng trên các kênh FM, AM có những ưu, nhược điểm thế nào?

CHUYÊN ĐỀ 2: TRUYỀN THÔNG TIN BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

BÀI 5: BIẾN ĐIỆU

NỘI DUNG BÀI HỌC

1. Nguyên tắc chung của truyền thông tin

2. Biến điệu

3. Tần số và bước sóng được sử dụng trong các kênh truyền thông

4. Ưu, nhược điểm của biến điệu biên độ và biến điệu tần số

NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA TRUYỀN THÔNG TIN

1.

THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TIN

THẢO LUẬN NHÓM ĐÔI

Nghiên cứu thông tin SGK và trả lời các câu hỏi:

Thông tin là gì?

Viễn thông là gì?

1

Nêu một số ví dụ thực tế về cách truyền thông tin trước khi điện thoại được phát minh.

2

Thông tin

Là những dữ liệu đã được xử lí và tổ chức thành cấu trúc.

Viễn thông

Việc truyền dẫn thông tin qua một khoảng cách đáng kể về địa lí được gọi là viễn thông. Khoảng cách này có thể tương đối nhỏ nhưng cũng có thể là rất lớn.

CÁC KHÁI NIỆM

Một số ví dụ thực tế về cách truyền thông tin trước khi điện thoại được phát minh

Tiếng trống

Đốt khói

Cờ tín hiệu

Điện báo

NGUYÊN TẮC TRUYỀN THÔNG TIN

Trong viễn thông, tín hiệu được hiểu là đại lượng mang thông tin hay dữ liệu, có thể truyền đi trong không gian.

Hệ thống viễn thông bao gồm những bộ phận sau:

Hệ thống phát tín hiệu

Môi trường (hoặc phương tiện) truyền dẫn

Hệ thống thu tín hiệu

Vệ tinh nhân tạo

Môi trường truyền dẫn

Tín hiệu

Máy phát tín hiệu

Máy thu tín hiệu

▲ Hình 5.2. Mô hình truyền thông bằng vệ tinh

HOẠT ĐỘNG CẶP ĐÔI

Thảo luận 2 (SGK - tr.29)

Kể tên một số thiết bị thu, phát sóng trong đời sống hằng ngày.

Một số thiết bị thu sóng:

Máy thu thanh (radio)

Anten

Một số thiết bị phát sóng:

Điện thoại di động

Máy phát wifi

Lò vi sóng (phát ra bức xạ mạnh nhất trong các thiết bị)

BIẾN ĐIỆU

2.

SÓNG MANG

Thảo luận 3 (SGK - tr.30)

GHI NHỚ

Trong viễn thông, người ta sử dụng sóng cao tần, gọi là sóng mang để truyền đi trong không gian sau khi được phát từ một anten. Khi truyền đi, sóng mang sẽ đem theo đặc tính của tín hiệu cần thu phát.

Quá trình tích hợp thông tin của tín hiệu cần truyền đi vào sóng cao tần được gọi là quá trình biến điệu. Có hai cách biến điệu là biến điệu theo biên độ và theo tần số.

CHIA LỚP THÀNH 4 - 6 NHÓM

Chủ đề 1

Tìm hiểu về quá trình biến điệu biên độ AM.

Chủ đề 2

Tìm hiểu về quá trình biến điệu tần số FM.

BIẾN ĐIỆU BIÊN ĐỘ (AM – Amplitude Modulation)

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

• Thế nào là quá trình biến điệu?
• Mối liên hệ giữa sóng mang và quá trình biến điệu?
• Phác thảo sơ đồ khối quá trình phát và thu sóng AM. Nêu rõ từng chức năng của từng thiết bị và đặc điểm của từng quá trình trong sơ đồ.
• Nhận xét biên độ của sóng mang cao tần, sóng mang thông tin và sóng mang đã được biến điệu.

GHI NHỚ

Biến điệu biên độ AM: là một kĩ thuật được sử dụng để truyền thông tin qua một sóng mang, biên độ của tín hiệu sóng mang có thể thay đổi theo biên độ của sóng âm tần theo thời gian, trong khi tần số của sóng mang giữ nguyên không thay đổi.

▲Hình 5.5. Biến điệu biên độ AM

Sơ đồ hình 5.6 cho ta biết quy trình phát tín hiệu của một sóng biến điệu biên độ từ một sóng âm.

Khi được ghi nhận tại máy thu tín hiệu, sóng mang có chứa thông tin có ích cần phải được “tách ra” để phục hồi sóng thông tin. Đó là quá trình giải điều chế.

Thảo luận 4 (SGK - tr.30)

Hãy cho biết trong biến điệu biên độ (AM), tại sao cần chuyển sóng âm thành sóng điện từ?

Sóng âm là sóng cơ nên để có thể truyền đi, sóng âm cần một môi trường truyền sóng, và sóng âm không thể truyền đi xa do cường độ giảm nhanh theo khoảng cách. Khoảng cách truyền của sóng âm phụ thuộc nhiều yếu tố như: cường độ ban đầu của sóng âm, tính chất của môi trường truyền sóng.

Với tính chất đặc thù là có thể truyền đi xa ngay cả trong chân không, sóng điện từ có thể dùng để “chuyên chở” sóng âm đi khoảng cách rất xa.

Tính chất của sóng âm như âm sắc sẽ được sóng điện từ truyền tải đi khoảng cách xa nhờ thiết bị biến điệu và sau khi được thu nhận bởi các anten thu, các tính chất của sóng âm sẽ được tái lập bởi quá trình tách sóng. Để có thể thực hiện biến điệu, sóng âm cần phải được chuyển thành sóng điện từ thì mới có thể tích hợp vào sóng mang.

BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ (FM – Frequency Modulation)

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2

• Thế nào là quá trình biến điệu?
• Mối liên hệ giữa sóng mang và quá trình biến điệu?
• Phác thảo sơ đồ khối quá trình phát và thu sóng FM. Nêu rõ từng chức năng của từng thiết bị và đặc điểm của từng quá trình trong sơ đồ.
• Nhận xét biên độ của sóng mang cao tần, sóng mang thông tin và sóng mang đã được biến điệu.

GHI NHỚ

Biến điệu tần số FM: là một kĩ thuật được sử dụng để truyền thông tin qua một sóng mang, tần số của sóng mang thay đổi theo tần số của sóng thông tin, trong khi biên độ của sóng mang không bị ảnh hưởng.

Sơ đồ hình 5.9 cho ta biết quy trình phát tín hiệu của một sóng biến điệu biên độ.

Thảo luận 5 (SGK - tr.32)

So sánh chức năng của mạch tách sóng và loa trong máy thu sóng với mạch trộn sóng và micro trong máy phát sóng.

Mạch trộn sóng trong máy phát sóng và mạch tách sóng trong máy thu sóng có chức năng ngược nhau:

Sóng thông tin và sóng điện từ (sóng mang) được tích hợp với nhau (về biên độ - AM hoặc về tần số - FM).

Sóng thông tin được trích xuất khỏi sóng mang và tái lập để có đầy đủ tính chất như ban đầu trước khi được truyền đi.

Micro trong máy phát sóng và loa trong máy thu sóng có chức năng ngược nhau:

Là thiết bị chuyển đổi sóng âm thành sóng điện từ.

Là thiết bị chuyển đổi ngược lại từ sóng điện từ thành sóng âm.

Video nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

MỞ RỘNG

3. TẦN SỐ VÀ BƯỚC SÓNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG CÁC KÊNH TRUYỀN THÔNG

Quan sát hình ảnh và trả lời các câu hỏi sau:

Nêu các tần số được sử dụng trong viễn thông.

Tìm hiểu và nêu giá trị của tần số và bước sóng của sóng vô tuyến được sử dụng trong sóng truyền hình UHF.

Một số tần số sử dụng trong viễn thông:

Sóng vô tuyến AM

Sử dụng khoảng 106 dải tần số, trong khoảng 535 - 1 705 kHz (tương ứng với bước sóng từ 560 - 176 m).

Sóng vô tuyến FM

Gồm 100 dải tần số, từ 88 – 108 MHz (bước sóng từ 3,41 – 2,78 m).

Sóng truyền hình VHF

Gồm hai dải tần số: 54 – 88 MHz (bước sóng từ 5,56 – 341 m) và 174 – 216 MHz (bước sóng từ 1,72 – 1,39 m).

Sóng truyền hình UHF

Tần số từ 470 – 698 MHz (bước sóng từ 63,83 – 43 cm).

Điện thoại

Tần số 800 MHz hoặc 900 MHz (bước sóng bằng 37,5 cm hoặc 33,3 cm).

Sóng wifi

Gồm các tần số 2,4 GHz, 5 GHz hoặc 60 GHz (bước sóng tương ứng 12,5 cm; 6 cm hoặc 5 mm).

Tìm hiểu sóng truyền hình UHF:

Sử dụng sóng vô tuyến có tần số rất cao: từ 470 MHz đến 698 MHz.

Bước sóng tương ứng được tính:

Luyện tập (SGK - tr.33)

Tìm hiểu tần số của một số kênh truyền thanh ở Việt Nam và tính giá trị bước sóng của sóng điện từ được sử dụng.

Tần số phát sóng vô tuyến (radio) thay đổi theo từng địa phương. Ta có bảng tổng hợp một số các tần số và bước sóng ở một số kênh truyền thanh địa phương như sau:

Gợi ý

4. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA BIẾN ĐIỆU BIÊN ĐỘ VÀ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ

Thảo luận 7 (SGK - tr.34)

Khi muốn nghe nhạc qua máy phát thanh (radio) với chất lượng âm thanh cao, ta thường nghe kênh AM hay FM? Vì sao?

FM

Kênh FM có ưu điểm so với kênh AM là ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu của môi trường, không ảnh hưởng đến tần số sóng vô tuyến. Do đó, sóng FM sẽ cho âm thanh tái tạo trung thực hơn sau khi qua mạch tách sóng.

Thảo luận 8 (SGK - tr.34)

Dựa vào Hình 5.11, cho biết khi sóng FM xuyên qua tầng điện li và đi vào không gian.

Làm cách nào để máy thu đặt tại mặt đất có thể nhận được tín hiệu sóng FM khi nó không phản xạ trở lại Trái Đất như sóng AM?

Sóng FM chỉ có thể phát và nhận trực tiếp từ các trạm phát và thu trên mặt đất (nên còn được gọi là sóng trực tiếp -direct wave). Do đó, sóng FM chỉ truyền đi được qua những khoảng cách ngắn hoặc phải có một trạm trung gian trên không trung thu nhận và phát sóng FM trở lại mặt đất.

Gợi ý

Thảo luận 9 (SGK - tr.34)

Nêu ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp biến điệu AM, FM và lập bảng so sánh.

Thấp

(dễ bị nhiễu bởi môi trường).

Cao

(ít bị nhiễu bởi môi trường).

Lớn (vì có thể được phản xạ nhiều lần trên mặt đất và tầng điện li).

Nhỏ (chỉ truyền trực tiếp giữa các trạm phát và trạm thu).

Rộng hơn sóng FM.

Hẹp hơn sóng AM.

Giá cả thấp, dễ lắp đặt.

Mạch phát và thu sóng phức tạp.

Luyện tập 1 (SGK - tr.35)

Trong mạch phát sóng, thông thường có một bộ phận để khuếch đại tín hiệu. Theo em, bộ phận khuếch đại này có tác dụng gì và thường được đặt ở vị trí nào của mạch phát sóng?

Sau khi đã được biến điệu, sóng mang thường được khuếch đại trước khi được truyền ra anten phát nhằm mục đích tăng công suất để tránh sự suy giảm khi tín hiệu được truyền đi.

Bộ phận khuếch đại này còn có tác dụng là để công suất của tín hiệu phát chiếm ưu thế so với nhiễu.

Gợi ý

Luyện tập 2 (SGK - tr.35)

--------------- Còn tiếp ---------------