Bài giảng Lý thuyết thông tin (Bản đẹp)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 
 BÀI GIẢNG 
 LÝ THUYẾT THÔNG TIN 
Hưng Yên 2015 
(Tài liệu lưu hành nội bộ) 
1 
Ch¦¬ng I: thiÕt bÞ ®Çu cuèi ©m thanh 
1.1. M¸y ph¸t thanh ®iÒu biªn. 
1.1.1. Lêi giíi thiÖu. 
 Tín hiệu vô tuyến có thể tạo ra bằng sự biến thiên của điện từ trường và sự biến thiên này 
được truyền lan trong không gian tự do. Thiết bị tạo nên sự biến thiên này được gọi là máy phát 
và anten phát đảm bảo cho việc truyền sóng trong không gian tự do đạt hiệu quả. Để thu được tín 
hiệu vô tuyến, người ta cần phải thu một phần năng lượng điện từ và chuyển nó sang dạng tín 
hiệu mà con người có thể cảm nhận được bằng một trong số các giác quan của mình. Đó chính là 
máy thu (sẽ được đề cập ở phần sau). Năng lượng sóng điện từ được thu và mạch điện sau đó 
được biến đổi thành tín hiệu âm thanh. 
 Giả thiết rằng tại một thời điểm máy phát truyền đi một tín hiệu hoàn toàn ngẫu nhiên (đó 
là tín hiệu chứa tất cả các thành phần tần số và biên độ). Trong không gian tự do, không một máy 
phát nào hoạt động mà không bị nhiễu tác động vì không gian tự do là môi trường truyền sóng 
trung gian cho tất cả sóng điện từ. Tuy nhiên khi chúng ta giới hạn mỗi máy phát có một tần số 
xác định (tín hiệu dạng Sin liên tục) thì có thể tránh được nhiễu, Thêm vào đó bằng cách kết hợp 
một bộ lọc băng hẹp ở phía thu để loại bỏ được tất cả các thành phần tần số không mong muốn. 
 Với con người chủ yếu giao tiếp với nhau theo hai phương thức chính đó là nói và nghe. 
Tiếng nói bình thường chứa các tần số nằm trong dải 10 Hz cho tới 5kHz và dải biên độ bắt đầu 
từ tiếng nói thầm cho tới tiếng hét lớn. Việc truyền tiếng nói trong không gian tự do vấp phải hai 
trở ngại lớn. Trở ngại thứ nhất là do can nhiễu lẫn nhau do dùng chung môi trường truyền sóng 
trung gian. Trở ngại thứ hai là tần số thấp như tiếng nói thì không thể truyền lan hiệu quả trong 
không gian tự do, với tần số cao thì điều này có thể thực hiện được. Xong ở tần số cao trên 20 
kHz thì con người lại không thể nghe được mặc dù với tần số này vẫn chưa lớn để có thể truyền 
sóng trong không gian tự do. Nếu như chúng ta có thể thực hiện việc thay đổi một số thông số của 
nguồn tín hiệu tần số cao dạng sin liên tục theo tiếng nói thì việc trao đổi thông tin trong không 
gian tự do là việc hoàn toàn có thể thực hiện được đó chính là điều chế. Việc thay đổi biên độ của 
tín hiệu cao tần (gọi là sóng mang) theo tiếng nói được gọi là điều chế biên độ (AM – Amplitude 
Modulation). Việc thay tần số của sóng mang theo tần số tiếng nói được gọi là điều chế tần số 
(FM – Frequency Modulation), hoặc góc pha trong trường hợp này được gọi là điều pha (PM – 
Phase Modulation). 
1) Âm thanh : 
Sóng âm : là sự thay đổi tính chất của môi trường đàn hồi khi có năng lượng âm truyền qua. 
Môi trường truyền dẫn sóng âm phải là môi trường đàn hồi nên sóng âm tryền qua vật chất dạng 
rắn, lỏng, khí.. nhưng không truyền trong môi trường chân không. 
Tham số của âm thanh : 
- Tốc độ truyền âm : Trong điều kiện khí quyển bình thường tốc độ truyền âm khoảng 
330m/s, năng lượng âm bị tiêu hao dần nên không thể truyền xa được. 
- Tần số âm thanh : tần số của âm đơn là số lần dao động trong 1 giây của các phần tử 
không khí khi truyền âm thanh đơn vị là Hz (Hertz) chia làm 3 khoảng tần khác nhau 
2 
+ Hạ âm < Tần số âm tần (16-20000Hz) < Siêu âm 
- Công suất âm thanh : Là năng lượng của âm thanh đi qua mặt phẳng vuông góc với 
phương truyền âm tiết diện 1m2. Đơn vị tính Watt (W) 
- Cường độ âm : Là năng lượng của âm thanh đi qua tiết diện 1 cm2 đặt vuông góc với 
phương truyền âm trong thời gian 1S. Đơn vị tính W/cm2 
2) Sóng âm phẳng và điều hòa : 
Khi âm thanh truyền trong không khí sẽ làm cho áp suất không khí bị thay đổi, lượng thay đổi đó 
gọi là thanh áp P (áp suất âm thanh) đơn vị là Pascal 
1Pa = N/m2 
Thanh áp là hàm của các biến theo không gian thời gian P(x, y, z, t), nếu thanh áp không bị biến 
đổi theo trục y và trục z mà chỉ phụ thuộc vào trục x và thời gian t thì ta có sóng âm là sóng 
phẳng. 
P = f(t-x/c), c : tốc độ truyền âm 
Nếu sóng phẳng là điều hòa thì P phải là hàm điều hòa : 
P= PmCos[2Πf (t-x/c)], Pm là biên độ, f là tần số. 
3) Thính giác 
Đặc điểm tai người : Có 3 bộ phận chính 
- Tai ngoài có tác dụng định hướng nguồn âm, cộng hưởng tần số khoảng 3 KHz. Biến đổi âm 
thanh thành năng lượng cơ học để truyền cho tai giữa. 
- Tai giữa có 3 xương nhỏ nhất của cơ thể : Xương búa, xương đe, xương bàn đạp để phối hợp 
trở kháng 
- Tai trong : có tiền đình và màng basilar, tiền đình giúp cảm nhận sự thăng bằng, màng basilar 
có khoảng 30000 tế bào lông xếp thành nhiều hàng dọc để cảm nhận và truyền tin âm thanh 
lên não dưới dạng xung điện qua dây thần kinh. 
Cảm thụ về biên độ gồm : 
+ Ngưỡng nghe được : Là mức thanh áp nhỏ nhất của âm đơn mà tai người cảm thụ được là mức 
giới hạn chuyển từ trạng thái nghe thấy sang không nghe thấy và ngược lại. Thanh áp hiệu dụng 
điều hòa 1KHz bằng 2.10-5 N/m2. 
+ Ngưỡng chói tai : Là mức thanh áp lớn nhất mà tai người cảm thụ được âm, là mức giới hạn mà 
tai người cảm nhận được âm, nếu vượt quá sẽ gây tổn thương đến thính giác. Thanh áp hiệu dụng 
điều hòa 1KHz bằng 20N/m2. 
Cảm thụ về tần số : 
Dải tần 16 – 20.000Hz là phạm vi tần số âm mà tai người có thể cảm thụ đươc gọi là âm tần. Cảm 
thụ về tần số là thể hiện độ cao của âm, người ta thường dùng đơn vị đo Octave (Oct) 
n= log2fn/ f0 = 3,34lg fn/ f0 , f0 = 20Hz 
1Oct tương ứng với biến thiên gấp 2 lần về tần số so với tần số chuẩn f0 
3 
1.1.2. Lý thuyÕt ®iÒu chÕ biªn ®é. 
1.Định nghĩa: 
Điều chế là quá trình biến đổi một trong các thông số sóng mang cao tần (biên độ,hoặc tần 
số, hoặc pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc (BB - base band). 
Mục đích của việc điều chế: 
− Đối với một anten, bức xạ năng lượng của tín hiệu cao tần có hiệu quả khi bước sóng của 
nó (tương ứng cũng là tần số) cùng bậc với kích thước vật lý của anten. 
− Tín hiệu cao tần ít bị suy hao khi truyền đi trong không gian 
− Mỗi dịch vụ vô tuyến có một băng tần (kênh) riêng biệt. Quá trình điều chế giúp 
chuyển phổ của tín hiệu băng gốc lên các băng tần thích hợp. 
Điều kiện điều chế : 
 − Tần số sóng mang cao tần fC ≥ (8÷10) fmax, trong đó fmax tần số cực đại tín hiệu điều 
chế BB. 
− Thông số sóng mang cao tần (hoặc biên độ, hoặc tần số, hoặc pha) biến đổi tỷ lệ với biên 
độ tín hiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số của nó. 
− Biên độ sóng mang cao tần Vω > Vm (bien độ tín hiệu điều chế BB) 
2. ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ AM: 
Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ sóng mang cao tần theo tín hiệu tin tức (tín 
hiệu băng gốc). 
m(t)=Vmcosωmt 
A 
B 
Tần số đường bao ωs 
Tần số sóng mang ωc 
Sóng mang 
điều chế
Sóng mang chưa 
điều chế
Hình 1.1: Dạng sóng điều chế biên độ AM
4 
a. Phương trình điều chế và hệ số điều chế: 
Để đơn giản hóa công thức điều biên, ta giả thiết tín hiệu cần điều chế và tín hiệu sóng mang đều 
có dạng sin với tần số góc lần lượt là ωs và ωc. 
Giả sử sóng mang có dạng. 
uc(t) = A.cosωc.t (1.1.1) 
và tín hiệu cần điều chế có dạng 
us(t) = B.cosωs.t (1.1.2) 
Theo lý thuyết điều biên thì tín hiệu điều biên có dạng 
uđb(t) = (A + B.cosωs.t).cosωc.t (1.1.3) 
Biến đổi lượng giác của biểu thức 1.1.3 ta được. 
uđb(t) = A.cosωc.t + kA/2[cos(ωc + ωs)t + cos(ωc - ωs)t] (1.1.4) 
Với k = B/A là hệ số điều chế, trong đó: max min max;2
U UB A U B−= = − (theo hình 1.2) 
Sóng mangBiên độ
Biên tần dưới Biên tần trên
c + smin
c + smax
c - smin
c - smaxsmaxsmin
Hình 1.2: Phổ tần của sóng AM khi tín hiệu cần điều 
chế là một dải tần âm thanh
c 
5 
 Từ biểu thức (1.1.4) ta thấy thành phần tín hiệu điều biên gồm ba thành phần tần số riêng 
biệt: thành phần tần số sóng mang ωc, dải biên tần trên (ωc + ωs) và dải biên tần dưới (ωc - ωs). 
Với ωs biến đổi từ ωsmin đến ωsmax là dải tần số của tín hiệu âm thanh đầu vào. 
Tín hiệu sóng mang thường là tín hiệu sin có tần số cao 
Giả sử Xc(t) = Vccosωct 
Tín hiệu AM có dạng: YA M(t) = [Vc + m(t)].cosωt 
Xét trường hợp m(t) là một tín hiệu sin đơn tần: m(t) = Vmcosωmt 
YA M(t) = [Vc + Vmcosωmt].cosωct = Vc[1 + Vm/Vc cosωmt].cosωct 
= Vc[1 + K.cosωmt].cosωct 
K: hệ số điều chế (chỉ số điều chế). Để điều chế không méo thì K ≤ 1 Trong trường hợp m(t) là 
tổng các tín hiệu sin đơn tần: 
m(t) = V1 cosω1t + V2 cosω2t + V3 cosω3t +  
2 2 2
1 2 3 ...Am m m m= + + +


; 1, 2,3,..ii
c
v
m i
v
= = trong trường hợp tổng quát max min
max min
A
v v
m
v v
−
=
+
b. Phổ của tín hiệu AM: 
Ta có: YA M(t) = [Vc + m(t)].cosωct = Vc.cosωct + m(t).cosωct 
 ( ) ( ) ( ) ( )1
2AM c c c c c
Y V M Mπ δ ω ω δ ω ω ω ω ω ω= − + + + − + +       
trong đó: m(t ) F → M (ω ) 
Xét trường hợp m(t) là một tín hiệu sin đơn tần: m(t) = Vmcosωmt 
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
2
m
AM c c c c m c m c m c m
VY V ππ δ ω ω δ ω ω δ ω ω ω δ ω ω ω δ ω ω ω δ ω ω ω= − + + + − − + − + + + − + + +      
c. Công suất của tín hiệu AM: 
Pc : Công suất sóng mang 
PUSB= PLSB: Công suất 2 dải biên (USB Upper Sideband, LSB Lower Sideband) 
PUSB= PLSB= PC.K2/4 
-
 Công suất tổng của tín hiệu AM: Pt = PC + PUSB + PLSB 
-
 Dòng điện:
6 
IC : dòng điện chưa điều chế 
It : Dòng điện sau điều chế 
2
. 1
2t c
KI I= + 
VD: Trong máy phát AM khi chưa điều chế tín hiệu thì dòng chạy qua Ant là 2,5A, cho tín hiệu 
dạng sin đi qua thì dòng Ant tăng lên 3A. 
a) Tính hệ số điều chế K (ma) 
b) Dòng điện chạy trong Ant bằng bao nhiêu nếu K = 60% 
Nếu tín hiệu AM sau điều chế được cho qua 1 điện trở . Công suất rơi trên điện trở khi đó 
gọi là công suất chuẩn: 
_ _ _
1
2AM St c St m St
P P P= + 
trong đó: Pc_st : công suất của sóng mang; Pm_st : công suất của tín hiệu điều chế 
Khi cho qua điện trở R: 
Nếu tín hiệu là điện áp thì: 
_AM St
AM
P
P
R
= 
Nếu tín hiệu là dòng điện thì: 
_AM AM StP P R= × 
Hiệu suất điều chế: Bằng công suất có ích (công suất mang tin tức) chia cho công suất 
của toàn bộ tín hiệu AM. 
_
_
1 1
2 2m m St
AM AM St
P P
P P
η = = 
Ví dụ: Tín hiệu AM áp được điều chế bởi một tín hiệu sin đơn tần m(t) = Vmcosωmt. Biết 
Vmax = 50V; Vmin = 10V. Tính mA? Vm? PAM trên tải R = 50Ω? Hiệu suất điều chế. 
Gợi ý ( max min
max min
A
v v
m
v v
−
=
+
, Vm = mA.Vc, Pc_st = Vc2/2, Pm_st = Vm2/2, 
_AM St
AM
P
P
R
= , 
_
_
1 1
2 2m m St
AM AM St
P P
P P
η = = ; max min
2c
V VV += )
1.1.3. Thiết kế hệ thống 
 Việc lựa chọn tần số sóng mang cho một máy phát thanh nói chung được xem xét và 
quyết định bởi chính phủ và các hiệp ước quốc tế. Cho dù việc ghép kênh phân chia theo tần số, 
hai đài phát vẫn có thể gây nhiễu lẫn nhau nếu tần số sóng mang của các biên quá gần nhau. Theo 
lý thuyết mỗi máy phát phải hoạt động ở một tần số nhất định và có độ rộng băng thông đủ lớn để 
không gây can nhiễu lẫn nhau. Tuy nhiên, độ rộng băng thông bị hạn chế do phải xét tới giá thành 
và sự phức tạp của kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng. Trong thực tế, hai máy phát khi làm việc 
vẫn gây ra nhiễu cho nhau trừ khi chúng truyền tín hiệu ở một mức công suất giới hạn và các máy 
phát được đặt cách nhau ở khoảng cách đủ lớn. Khi máy phát thanh được đăng ký tần số thì điều 
quan trọng là phải ổn định tần số này vì hai lý do: 
7 
 - Thứ nhất nếu tần số sóng mang bị lệch khiến thính giả phải điều chỉnh lại máy thu theo 
tần số đài phát, điều này không thể chấp nhận được đối với hầu hết khán giả. 
 - Thứ hai nếu một đài phát bị lệch tần số về phía một đài phát lân cận, các dải biên sẽ 
chồng lên nhau gây ra nhiễu. 
 Tín hiệu sóng mang thường được tạo ra bằng bộ tạo dao động, để thỏa mãn yêu cầu về tần 
số chính xác. Trong thực tế thường sử dụng bộ dao động bằng tinh thể. Trung tâm của bộ dao 
động tinh thể là một tinh thể thạch anh được cắt và đánh bóng bằng các kỹ thuật tinh vi để có thể 
duy trì được tần số dao động với giá trị sai số không đáng kể chỉ nằm trong một vài Hz. Hình 1.3 
là sơ đồ khối của một máy phát thanh điển hình. 
a/ Bộ dao động tinh thể 
 Mục đích của bộ dao động tinh thể là tạo ra tín hiệu sóng mang. Để giảm tối thiểu 
can nhiễu tới các máy phát khác, tín hiệu này phải có độ méo cực nhỏ để máy phát có thể 
làm việc ở một tần số ổn định. Độ sai lệch tần số nằm trong một giới hạn rất nhỏ, thường 
chỉ ở khoảng vài Hz trên 107 Hz. Việc thiết kế một bộ dao động đặc biệt như vậy trong thực 
tế thường sử dụng một tinh thể thạch anh. 
b/ Bộ nhân tần 
 Mục đích của bộ nhân tần là để thu được một tín hiệu có tần số fc/n, với n là số 
nguyên và tạo ra ở đầu ra một tần số fc. Một bộ nhân tần có thể là nhân đơn hoặc là nhân đa 
tần. Đầu ra của bộ nhân tần đưa tới đầu vào sóng mang của bộ điều chế biên độ. 
c/ Bộ điều chế biên độ 
 Bộ điều chế biên độ có hai đầu vào, đầu vào thứ nhất là tín hiệu sóng mang được tạo 
ra từ bộ dao động tinh thể và được nhân với hệ số nhân phù hợp, còn đầu vào thứ hai là tín 
hiệu điều chế (tiếng nói hoặc âm nhạc) 
8 
d/ Bộ khuếch đại âm tần 
 Các đầu vào bộ khuếch đại âm tần nhận tín hiệu từ micrô và nguồn cung cấp. Bộ 
Khuếch đại âm tần sẽ khuếch đại tín hiệu này tới một mức tín hiệu yêu cầu để đưa tới bộ 
điều chế biên độ. 
e/ Bộ khuếch đại công suất cao tần 
 Mức công suất ở đầu ra bộ điều chế thường chỉ nằm trong khoảng vài Watt trong khi 
công suất yêu cầu để quảng bá tín hiệu đạt hiệu quả lại nằm trong khoảng hàng chục kW. Bộ 
khuếch đại cao tần thực hiện việc khuếch đại công suất đồng thời đảm bảo nhiệm vụ chức năng 
phối hợp trở kháng với anten. 
f/ Anten 
 Anten là thành phần mạch điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng ở đầu ra máy phát 
thành sóng điện từ bức xạ vào không gian. Anten có nhiều hình dạng vật lý khác nhau, được 
xác định dựa vào tần số làm việc và mô hình bức xạ yêu cầu. Đối với mục đích phát thanh anten 
cần bức xạ công suất một cách đồng đều theo mọi hướng. Trái lại trong lĩnh vực truyền dẫn tín 
hiệu khi việc bảo mật thông tin đóng vai trò quan trọng (ví dụ trên điện thoại) thì anten cần phải 
có tính định hướng để giảm sự thu nhận trái phép. 
1.2. M¸y thu thanh ®iÒu biªn 
1.2.1. Lời giới thiệu 
 Nhiễu điện từ gây ra bởi máy phát được phát đi từ anten phát và lan truyền trong không 
gian với vận tốc ánh sáng. Nếu sóng điện từ bắt gặp một vật dẫn thì trên vật dẫn sẽ xuất hiện dòng 
điện. Cường độ dòng điện phụ thuộc vào cường độ cường độ trường điện từ. Anten máy thu sẽ 
tạo ra dòng điện khi có sóng điện từ bức xạ lên nó. Hai chức năng cơ bản của máy thu radio là 
- Tách ra được tín hiệu mong muốn nhận được từ các tín hiệu khác nhau mà anten thu được 
- Khôi phục lại được thông điệp đã được điều chế vào sóng mang máy phát. 
1.2.2. M¸y thu c¬ b¶n : ThiÕt kÕ hÖ thèng. 
 Để tách được tín hiệu yêu cầu từ những tín hiệu khác mà anten thu được, ta sử dụng một 
anten thông dải quanh tần số sóng mang, có dải thông đủ lớn để có thể chứa được biên tần trên và 
biên tần dưới. Ở ngoài dải tần cộng hưởng của bộ lọc thì tất cả các tần số khác đều bị suy hao 
không còn khả năng gây nhiễu cho tín hiệu hữu ích. Để đơn giản người ta chỉ cần chế tạo một bộ 
lọc cộng hưởng LC mà tần số cộng hưởng của nó chính là tần số sóng mang. 
 Để khôi phục lại toàn b ... của đĩa gốc. Các thấu kính phải luôn được điều chỉnh để hội tụ tia Laser lên lớp phủ cảm quang 
tương ứng với chuyển động lên xuống của đĩa gốc. 
Việc cắt CD yêu cầu có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với đĩa thường. Thêm vào 
đó, quá trình tạo đĩa compact sau khi đĩa gốc được phủ lớp cảm quang, nó được tạo khuôn, đĩa 
chủ (master disc) được tạo ra, rồi đĩa mẹ được tạo ra từ đĩa chủ... Trong quá trình chế tạo này 
có sự khác biệt giữa các đĩa Digital và Analog. 
 - 145 -
Hình 3.24: Sơ đồ khối khi ghi tín hiệu lên đĩa Compact 
Cuối cùng, đĩa compact được tạo ra từ đĩa con bằng cách ép chặt do các pit có bề rộng 
là 0,4µm và chiều dài lớn nhất là 3,3µm, khó có thể sao chép chúng bằng cách ép, nén. Thêm 
vào đó, sau khi nén ép, người ta bao phủ màn phản xạ và màn bảo vệ. Trên màn phản xạ, người 
ta phủ lên lớp nhân theo phương pháp bốc hơi chân không. 
Argon 
Laser 
Biến điệu 
quang 
Biến điệu mã 
xung PCM 
Nguồn tín hiệu 
âm thanh 
Các thấu 
kính ghi 
Điều chỉnh 
vận tốc quay 
Laser 
He-Ne 
Hệ thống điều 
khiển thấu kính 
Mạch Servo 
điều chỉnh 
động cơ 
quay đĩa 
Motor 
Tách tia 
 Cảm biến quang 
Chỉnh hội tụ 
Hệ thống cắt đĩa quang học 
Đĩa 
gốc 
 - 146 -
Qu¸ tr×nh ®äc CD – VCD – DVD 
Hình 3.25: Sơ đồ khối máy hát đĩa Compact khi phát. 
Chức năng của các khối: 
Khối RF: 
Nhiệm vụ của khối RF là biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và khuếch đại tín 
hiệu này cấp cho khối điều chỉnh và khối xử lý tín hiệu âm thanh. 
Khối tách dữ liệu (Data Strobe): 
 Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu RF-Amp để tách các bit clock giải điều chế EFM 
để trả lại mã nhị phân 8 bit của tín hiệu nguyên thủy. Ngoài ra khối tách dữ liệu còn có nhiệm 
vụ tách tín hiệu đồng bộ đã được cài sẵn trong quá trình ghi âm tín hiệu lên đĩa Compact. 
Khối xử lý tín hiệu số (DSP: Digital Sinal Processing). 
Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối tách dữ liệu cấp cho mạch giải đan xen, 
mạch sửa sai và mạch tách mã phụ. 
Khối xử lý tín hiệu âm thanh (Audio): 
 Khối này có nhiệm vụ nhận các mã âm thanh từ khối DSP cấp cho mạch chuyển đổi 
D/A (Digital/Analog). Tín hiệu kênh trái (L) và kênh phải (R) ở ngõ ra được lấy ra nhờ mạch 
LPF cấp cho ngõ ra Lvà R hoặc khuếch đại Headphone. 
Bit clock - Seperatior 
EFM demodulation 
Sync. Sig det 
Data 
Strobe 
RAM 
Digital Signal Processing 
DeInterleave 
Error correction 
Sub – code separation 
SYSTEM 
CONTROL 
Loading Sensor 
LPF 
D/A 
Converter 
LPF 
Key matric 
Power 
Audio 
L ch 
Audio 
R ch 
RF Amp 
Focus 
Servo 
Tracking 
Servo 
Sled 
Servo 
Spindle 
Servo 
Spindle 
motor 
Sled 
motor 
Servo 
Display 
CDM 
RF Amp 
Focus Amp 
Track Amp 
 - 147 -
Khối điều chỉnh Servo: 
Điều chỉnh vận tốc đĩa quay (Spindle Servo): Khối này nhận tín hiệu phản hồi từ mạch 
xử lý tín hiệu số DSP cung cấp điện áp điều khiển vận tốc quay của motor làm quay đĩa. Khối 
này phải đảm bảo rằng vận tốc quay của đĩa được biến thiên từ khoảng 500 vòng/phút khi cụm 
quang học ở trong cùng và 200 vòng/phút khi cụm quang học ở ngoài cùng. 
Điều chỉnh hội tụ (Focus Servo): Khối này nhận tín hiệu từ RF-Amp để điều chỉnh 
cuộn dây hội tụ (Focus coil) làm dịch chuyển cụm quang học theo phương đứng. 
Điều chỉnh vệt quét (Tracking Servo): Mạch này nhận tín hiệu từ khối RF-Amp cấp 
điện áp thay đổi cho cuộn tracking (tracking coil) làm dịch chuyển cụm quang học theo chiều 
ngang để đảm bảo tia Laser rơi vào đúng track mà nó đang chạy. 
Điều chỉnh vị trí cụm quang học theo phương ngang (Mạch Sled Servo): Mạch Sled 
Servo nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều chỉnh vệt quét để đưa ra điện áp điều chỉnh Sled 
motor tạo tác động dịch chuyển cụm quang học theo từng bước từ trong ra ngoài. Ngoài ra trên 
máy CD còn được trang bị các hệ thống nạp đĩa hoặc đưa đĩa ra ngoài. Toàn bộ quá trình vận 
hành của máy được điều khiển bởi khối vi xử lý. 
Khối vi xử lý (System Control): 
Có nhiệm vụ nhận các tín hiệu từ hệ thống phím ấn, từ các khóa điện báo tình trạng hệ 
cơ... để ra lệnh điều khiển thích hợp. Ngoài ra khối vi xử lý còn có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu 
data, clock, giao tiếp với các mạch vi xử lý tín hiệu số, mạch điều chỉnh. 
Khèi LASER PICKUP 
1 Laser bán dẫn: 
a. Tia Laser (Laser bán dẫn). 
Tên gọi Laser là do thuật ngữ tiếng Anh “Light Amplification of Stimulated Emission 
of Radiation”: Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích. Như vậy Laser là sự phát đi những 
bức xạ điện từ được kích thích, những bức xạ này trong vật liệu của dụng cụ do sự phát xạ các 
bức xạ cưỡng bức. 
Thực tế ta thường gặp 4 loại laser 
+ Laser trạng thái rắn. 
+ Laser lỏng. 
+ Laser khí. 
+ Laser bán dẫn. 
 Ánh sáng phản xạ 
 - 148 -
b. Laser bán dẫn. 
Khi ta phân cực thuận mối nối P-N của một chất bán dẫn, các điện tử và lỗ trống được 
khuếch tán qua miền tiếp giáp giữa 2 chất bán dẫn, lúc đó các hạt mang điện thiểu số được kết 
hợp với các hạt mang điện đa số. Do đó phát sinh ra một loại ánh sáng tương ứng với độ chênh 
lệch về năng lượng. Ánh sáng laser được tạo ra theo phương thức này gọi là laser bán dẫn. 
Laser bán dẫn hoạt động theo nguyên lý phát xạ kích thích. Cấu tạo cơ bản trong Laser 
có hai mặt phản xạ ở hai đầu lớp tích cực tạo nên một hốc cộng hưởng quang. Phần ánh sáng 
phát ra theo chiều dọc của hốc cộng hưởng sẽ bị phản xạ qua lại giữa hai mặt phản xạ. Trong 
quá trình di chuyển theo chiều dọc của hốc ánh sáng kích thích các điện tử kết hợp với các lỗ 
trống để phóng ra các photon mới. Phần ánh sáng thoát ra theo các phương khác bị thất thoát 
dần. Như vậy chỉ có phần ánh sáng phát ra theo chiều dọc mới được khuếch đại. 
Mặt sau của Laser được phủ một lớp phản xạ còn mặt trước được cắt nhẵn để một 
phần ánh sáng phản xạ còn một phần chiếu ra ngoài. 
Hình 3.27: Nguyên lý cấu tạo Laser bán dẫn 
Ánh sáng phản xạ dội ra bên trong lỗ trống được cung cấp bởi các mặt kính song song 
và trở thành ánh sáng đứng, phát xạ ánh sáng laser sóng dừng. 
2 Cụm quang học(Laser pickup hay đầu đọc) : 
a. Cụm quang học loại 3 tia: 
 - 149 -
* Laser diode (LD) 
Bộ phận này dùng để tạo ánh sáng laser, bước sóng của ánh sáng laser bằng 780nm. 
Hình dạng của diode laser: Diode laser có hình dạng 3 chân, trong đó gồm một chân 
chung, một chân dành cho diode LD, một chân dành cho diode MD. 
- LD (Laser Diode): Dùng để phát tia laser cấp cho cụm quang học và diode MD. 
- MD (Monitor Diode - Diode giám sát): Nhận ánh sáng từ Diode laser tới, cấp cho 
mạch APC (Automatic Power Control - Tự động điều chỉnh công suất tia sáng). 
* Lưới nhiễu xạ (Diffraction Grating): 
 - 150 -
 Khi chùm tia laser được xuyên qua lưới nhiễu xạ, một tia chính và hai tia phụ hình thành 
bằng cách tận dụng hiện tượng nhiễu xạ của tia laser. 
* Bán lăng kính và lăng kính phân tia. 
Bán lăng kính (half prism) được sử dụng cho phân cực thẳng. Lăng kính phân tia (Beam 
Splitter) được sử dụng cho phân cực vòng. 
Bán lăng kính cho phép truyền ánh sáng theo tỷ lệ 50% theo hướng truyền đi và 50% 
theo hướng vuông góc. Thấu kính phân tia có nhiệm vụ truyền toàn bộ 100% ánh sáng phụ 
thuộc vào góc phân cực của ánh sáng. Khi sử dụng ánh sáng phân cực thẳng, giả sử rằng số l-
ượng ánh sáng từ thời điểm mà nó xuyên qua lưới là 100%, nó bị giảm đi 50% do đi qua bán 
lăng kính, 25% khi đến Photor Detector theo bán lăng kính một lần nữa. Mặt khác trong việc sử 
dụng phân cực vòng, khi góc phân cực thay đổi do sự tán xạ đôi của đĩa, số lượng áng sáng đi 
tới Photor Detector bị giảm. 
* Thấu kính chuẩn trực (Collimator lens): 
Ánh sáng đi qua bán lăng kính hoặc bộ tách tia được sửa dạng thành một chùm tia song 
song bởi thấu kính chuẩn trực. 
* Phiến đổi hướng (λ/4 Wave lens plate): 
Phiến đổi hướng λ/4 được chế tạo bởi tinh thể có tính dị hướng, chiết suất của chúng 
thay đổi theo hướng ánh sáng. Ánh sáng đi qua phiến này sẽ bị lệch pha 900 so với thành phần 
nguyên thuỷ. Do đó, ánh sáng phân cực thẳng sẽ đổi thành phân cực vòng và ngược lại ánh 
sáng phân cực vòng sẽ đổi thành ánh sáng phân cực thẳng. 
* Vật kính (Objective Lens): 
Thấu kính này được dùng để hội tụ tia laser trên bề mặt đĩa, thấu kính được điều khiển 
bởi hai cuộn dây: cuộn Focus và cuộn Tracking, khoảng cách giữa thấu kính và bề mặt đĩa đư-
ợc điều chỉnh bởi cuộn hội tụ. Cuộn dây hoạt động sao cho thấu kính dịch chuyển theo tín hiệu 
bề mặt đĩa. 
* Thấu kính lõm (Concave Lens): 
Thấu kính được dùng để giảm đi ảnh hưởng của sự biến đổi theo chiều dài của đường 
dẫn ánh sáng trên photodeteror (bộ tách quang) do sự thay đổi khoảng cách giữa vật kính & bề 
mặt đĩa. 
* Các thấu kính hình trụ (Cylinder Lens): 
Thấu kính này được sử dụng trong khối nhận diện Focus. Tia sáng xuyên qua thấu kính 
này ban đầu biến dạng thành hình elip theo chiều dọc, sau đó biến dạng thành vòng tròn và cuối 
cùng biến thành elip theo chiều ngang. 
Khi khoảng cách giữa vật kính và bề mặt đĩa thay đổi, vị trí này sẽ thay đổi. 
 - 151 -
* Bộ tách quang (Photo Detector) hay Ma trận diode nhận. 
Đối với bộ tách quang hoạt động theo phương thức 3 tia, người ta sử dụng 6 cảm biến, 
cấu trúc của bộ tách quang như hình 2.13. 
Một tia chính xuyên qua thấu kính hình trụ và rơi vào tổ hợp của các cảm biến A, B , C, 
D mà đầu ra có thể nhận diện được sự sai lệch Focus. 
Hai tia phụ rơi trên các cảm biến E và F cung cấp cho đầu ra tín hiệu Tracking. 
Ngoài ra, dữ liệu ghi trên bề mặt đĩa được lấy ra là tổng các cảm biến A, B, C và D lên 
vị trí mà tia chính rơi. 
2. Cụm quang học loại 1 tia : 
Về cấu trúc cụm quang học loại 1 tia cũng giống như cụm quang học loại 3 tia. 
Tuy nhiên do yêu cầu thực tế để tạo ra cụm quang học có tính chất gọn nhẹ để gắn trên 
máy CD xách tay, các ổ CD -ROM, người ta chế tạo cụm quang học loại 1 tia, trên đó không sử 
dụng lưới nhiễu xạ, do đó ánh sáng laser không bị tách ra 3 tia mà chỉ tạo thành 1 tia hội tụ trên 
đĩa, tia sáng phản hồi được đi vào lăng kính hình trụ và tập trung trên ma trận diode. 
Trên ma trận diode, người ta không sử dụng 2 diode phụ để nhận diện sai lệch Track mà 
chỉ sử dụng 4 diode ở phần trung tâm. 
 - 152 -
3. Đường đi của tia sáng trong cụm quang học 
Hình 3.32: Đường đi của tia sáng trong cụm quang học 
- T.A.C: Tracking Attention coil (cuộn dây dịch chuyển vệt) 
- T.E.R: Tracking Error (sai lệch track) 
Chùm tia laser với bước sóng 780nm được tạo ra từ diode laser, được giữ ổn định cường 
độ sáng nhờ mạch APC. 
Có 3 loại mạch APC: Dạng mạch APC nằm dưới mạch in chỉ nối lên cụm pickup với 
diode laser và monitor diode; Dạng mạch APC nằm trên cụm pickup và trong các CD đời mới; 
Toàn bộ mạch APC nằm chung cụm pickup sử dụng công nghệ STM (Công nghệ dán bề mặt). 
Chùm tia laser qua lưới tán xạ (Diffraction Grating) để phân thành 3 tia với một tia 
chính để đọc tín hiệu và nhận dạng độ hội tụ (Focus), hai tia phụ dùng để xác định đường Track 
tạo tín hiệu hiệu chỉnh Tracking. 3 tia được đi qua một bán lăng kính (Half prism) hoặc lăng 
kính tách tia, sau đó đi qua hệ thống thấu kính và đến thấu kính hội tụ (Focus len), thấu kính 
này dịch chuyển theo phương thẳng đứng để điều chỉnh độ hội tụ của tia laser ở mặt dưới của 
đĩa thông qua cuộn hột tụ (Focus coil). Sau khi rọi vào các track ở mặt dưới của đĩa, nó nhận 
dạng lỗ (pit) và phần không lỗ (plat) tượng trưng cho các giá trị nhị phân 0/1 mã hoá âm thanh. 
3 tia phản hồi đi đến bán lăng kính, đổi phương 900 qua hệ thống thấu kính và hội tụ trên dãy 
photo diode. 
Trong kiểu 3 tia, người ta sử dụng 6 diode: 4 diode dành cho việc đọc thông tin và điều 
chỉnh Focus, 2 diode dành cho việc điều chỉnh Tracking. 
Trong chùm tia rọi lên mặt đĩa, tia chính rọi vào track đang đọc, 2 tia phụ rọi vào 
khoảng trống giữa các track. 
Tia chính đi qua bán lăng kính rọi vào 4 photo diode nằm ở giữa tạo tín hiệu cung cấp 
cho: Tín hiệu âm thanh dưới dạng số mã hoá để đưa đến mạch giải mã tạo lại tín hiệu âm thanh. 
 - 153 -
Đường thứ 2 đi đến mạch Auto Focus tạo tín hiệu điều chỉnh vật kính theo chiều đứng, sao cho 
chùm tia được hội tụ trên mặt đĩa. 
Hai tia phụ đi qua bán lăng kính rồi tới hai photo diode TRA và TRC tạo ra hai tín hiệu 
cấp cho mạch so sánh và tạo điện áp sai lệch Tracking TER sau đó TER đến cấp cho mạch thúc 
(Driver) tạo dòng chạy qua cuộn tracking làm dịch chuyển vật kính theo chiều ngang. 
4. Mạch APC (Automatic Power Control - Tự động điều chỉnh công suất tia sáng) 
Laser diode sử dụng trong CD là loại laser bán dẫn có công suất bức xạ khoảng 3nw, để 
tạo ra chùm tia laser có công suất vừa đủ và ổn định người ta sử dụng mạch APC điều khiển 
diode laser. 
Mạch APC có nhiệm vụ giữ dòng điện qua diode laser là không đổi. Mạch có thể sử 
dụng transistor rời hoặc IC. 
- Sơ đồ nguyên lý của mạch APC dùng transistor (hình 2.15) 
Hình 3.33: Mạch APC sử dụng transistor 
Nhiệm vụ các linh kiện: 
+ Q4: cấp dòng cho diode laser 
+ LD-ON: Lệnh mở nguồn cho diode laser, lệch này từ khối vi xử lý tới, khi đường lệnh 
này ở mức cao, diode laser không được cấp dòng khi đường lệnh này ở mức thấp diode laser 
được cấp dòng. 
+ MD: Monitor diode: Diode giám sát, có nhiệm vụ nhận tín hiệu ánh sáng từ diode 
laser để thay đổi cường độ dòng điện qua khối diode laser. 
+ LD: Laser diode: cấp ánh sáng cho cụm quang học, ánh sáng này phải được hội tụ 
trên bề mặt đĩa: 
Khi chân LD-ON ở mức thấp → Q3 dẫn, dòng phân cực từ mass qua Q3, R6, R4 cấp 
cho cực B của Q2 → Q2 dẫn, dòng qua R5 tăng → VE Ql tăng làm cho Ql dẫn dòng qua R4 
tăng, dẫn tới điện áp tại cực B của Q4 tăng dẫn → cấp dòng cho diode laser. 
 - 154 -
Nguyên lý ổn định dòng điện qua diode laser. Khi ánh sáng từ diode laser phát ra quá 
mạch, điều này sẽ làm cho diode giám sát dẫn mạch, làm cho VB Ql tăng, Q1 dẫn yếu, điện áp 
rơi trên hai đầu R4 thấp Q4 dẫn yếu dòng qua điode laser sẽ giảm xuống. 
- Khi ánh sáng từ Diode laser phát ra yếu. Diode giám sát dẫn yếu làm cho VB Ql 
giảm, Ql dẫn mạnh điện áp rơi trên hai đầu R4 cao Q4 dẫn mạnh dẫn đến dòng qua diode laser 
sẽ tăng lên. 
Bằng cách như vậy, dòng qua diode laser luôn được ổn định. 
* Mạch APC sử dụng IC: 
Hầu hết các máy hát đĩa Compacdisc loại mới đều sử dụng mạch APC được tích hợp 
trong IC, các IC này có thể gắn trên đầu đọc và luôn được đặt bên cạnh biến trở APC. Dưới đây 
minh họa một loại mạch APC sử dụng IC rất thông dụng trên thị trường Việt nam hiện nay đó 
là IC CXAL081Q. SƠ đồ như sau được vẽ trên máy SONY-CDP 950. 
Sơ đồ mạch APC sử dụng IC 
Hình 3.34: Sơ đồ mạch APC sử dụng IC 
Giải thích hoạt động của sơ đồ mạch điện 
Khi ánh sáng phát ra từ diode laser (LD) mạnh hơn bình thường, MD dẫn mạnh, điện áp 
tại chân (6) IC CXA 1081Q thấp hơn bình thường, điều này khiến cho điện áp tại chân (5) IC 
CXA1081Q cao hơn bình thường, Q7 dẫn yếu, LD dẫn yếu. 
 Khi ánh sáng phát ra từ LD yếu hơn bình thường, MD dẫn yếu, chân (6) nhận mức áp 
cao hơn bình thường, điều này khiến chân (5) IC đa ra mức thấp hơn bình thường, Q7 dẫn 
mạnh, ánh sáng phát từ LD phát ra mạnh hơn. 
Chân (29) IC CXA1081Q nhận lệnh đóng mở nguồn cấp cho diode laser (khi chân này 
ở mức thấp, LD được cấp nguồn). 
Bằng cách này mà dòng điện đi qua điode laser luôn được ổn định. 
3.3 Thiết bị đầu cuối di động