Giải Chuyên đề Vật lí 11 Bài 4 (Kết nối tri thức): Biến điệu

Giải Chuyên đề Vật lí 11 Bài 4: Biến điệu

Khởi động trang 27 Chuyên đề Vật Lí 11: Các tín hiệu chứa thông tin cần truyền (như âm thanh, hình ảnh, video) thường có tần số rất thấp không thể truyền đi được một khoảng cách dài, vậy bằng cách nào người ta có thể truyền chúng đi xa?

Lời giải:

Để truyền tín hiệu đi xa chúng ta phải biến đổi nó thành sóng điện từ có tần số cao bằng cách trộn tín hiệu cần truyền với sóng điện từ có tần số cao. Quá trình này được gọi là biến điệu. Như vậy, biến điệu là quá trình sử dụng sóng điện từ có tần số cao (sóng mang) để mang (phát) các tín hiệu có tần số thấp (sóng âm tần). Có nhiều cách để biến điệu đó là biến điệu biên độ (AM) hoặc biến điệu tần số (FM) và biến điệu pha (PM) của một tín hiệu sóng mang.

I. Biến điệu biên độ (AM)

Câu hỏi trang 28 Chuyên đề Vật Lí 11: Trong biến điệu AM, đặc tính nào của sóng mang thay đổi, đặc tính nào giữ nguyên?

Lời giải:

Trong biến điệu AM, biên độ của sóng mang thay đổi theo biên độ của sóng âm tần, tần số và pha của sóng mang được giữ nguyên không đổi.

Câu hỏi trang 29 Chuyên đề Vật Lí 11: Trong dải tần số từ 526,5 kHz đến 1606,5 kHz (Hình 4.4) có bao nhiêu kênh radio AM? Tại cùng một thời điểm có bao nhiêu kênh được phép hoạt động?

Lời giải:

Khoảng cách mỗi kênh là 9 kHz nên dải tần số từ 526,5 kHz đến 1606,5 kHz sẽ có tối đa khoảng: $\frac{1606,5-526,5}{9}=120$ kênh.

Để tránh bị nhiễu thì mỗi trạm phải cách nhau ít nhất 9 kHz nên có thể coi như các trạm phát xen kẽ nhau, trạm phát f_c1 và f_c3, f_c5, … được phép hoạt động. Vậy tại cùng một thời điểm có thể có 60 kênh được phép hoạt động.

II. So sánh biến điệu AM và FM

Hoạt động trang 30 Chuyên đề Vật Lí 11: Hãy tìm hiểu trên internet, sách, báo và cho biết kênh VOV giao thông phát sóng sử dụng biến điệu AM hay FM.

Lời giải:

Kênh VOV giao thông phát sóng sử dụng biến điệu FM 91 MHz.

Câu hỏi trang 30 Chuyên đề Vật Lí 11: Trong Hình 4.8, nếu khoảng cách kênh là 0,2 MHz thì sẽ có bao nhiêu kênh FM trong dải từ 88 MHz đến 108 MHz? Tại cùng một thời điểm có bao nhiêu kênh FM được phép hoạt động?

Lời giải:

Số kênh tối đa trong dải tần số trên: $\frac{108-88}{0,2}=100$

Khoảng cách các kênh là 0,2 MHz nên tại cùng một thời điểm có khoảng 50 kênh FM được phép hoạt động.

Hoạt động trang 30 Chuyên đề Vật Lí 11: Từ các đặc điểm của biến điệu AM và FM đã phân tích ở trên, hãy thảo luận để rút ra sự khác nhau cơ bản giữa biến điệu AM và FM theo các nội dung gợi ý sau:

a) Cách thức truyền.

b) Dải tần số sử dụng.

c) Độ rộng kênh/băng thông.

d) Chất lượng âm thanh.

e) Phạm vi phát sóng.

g) Ảnh hưởng bởi nhiễu.

Lời giải:

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

Câu hỏi 1 trang 31 Chuyên đề Vật Lí 11: Hãy cho biết Đài Tiếng nói Việt Nam VOV3 phát trên tần số nào?

Lời giải:

Đài Tiếng nói Việt Nam VOV3 phát trên tần số FM 102,7 MHz

Câu hỏi 2 trang 31 Chuyên đề Vật Lí 11: Hãy cho biết dải tần số sóng ngắn và sóng trung mà Đài VOV1 đang sử dụng là bao nhiêu?

Lời giải:

Tần số Đài VOV1 đang sử dụng FM 100 MHz.

Hoạt động trang 31 Chuyên đề Vật Lí 11: Tìm hiểu cách phân chia, cấp phát tần số của một số kênh truyền thông trên thực tế.

Liệt kê một số tần số phát sóng trên radio Việt Nam, một số kênh truyền hình của Đài Truyền hình Việt Nam.

Từ tần số của các kênh phát thanh và truyền hình đã liệt kê ở trên, em hãy tính bước sóng tương ứng của chúng.

Lời giải:

Cách phân chia, cấp phát tần số:

Trong viễn thông, ghép kênh phân chia theo tần số (tiếng Anh: Frequency-division multiplexing; viết tắt: FDM) là một kỹ thuật mà băng thông tổng được phân chia thành một chuỗi liên tiếp các dải tần phụ không trùng lặp, mỗi dải tần số tín hiệu riêng biệt. Điều này cho phép một phương tiện truyền dẫn nhất định như cáp hoặc cáp quang được chia sẻ bởi nhiều tín hiệu riêng. Một cách sử dụng khác là mang 2 hoặc nhiều phân đoạn song song của tín hiệu tốc độ lớn hơn.

Ví dụ điển hình nhất của ghép kênh phân chia tần số là phát sóng vô tuyến và truyền hình, trong đó nhiều tín hiệu vô tuyến ở các tần số khác nhau truyền qua cùng một lúc. Một ví dụ khác như truyền hình cáp, trong đó nhiều kênh truyền hình được thực hiện đồng thời trên một cáp. FDM cũng được sử dụng bởi các hệ thống điện thoại để truyền nhiều cuộc gọi điện thoại qua các đường truyền có dung lượng/thời lượng cao. Các vệ tinh đóng vai trò quan trọng để truyền nhiều kênh dữ liệu trên các chùm vô tuyến đường lên và đường xuống và modem DSL băng thông rộng để truyền một lượng lớn dữ liệu máy tính qua các đường dây điện thoại.

Một kỹ thuật tương tự được gọi là ghép kênh phân chia bước sóng được sử dụng trong giao tiếp sợi quang, trong đó nhiều kênh dữ liệu được truyền qua một dây sợi quang duy nhất sử dụng các (tần số) khác nhau.

Nhiều tín hiệu thông tin (điều chế) riêng biệt được gửi qua hệ thống FDM, chẳng hạn như tín hiệu video của các kênh truyền hình được gửi qua hệ thống truyền hình cáp, được gọi là tín hiệu băng cơ sở. Đối với mỗi kênh tần số, bộ tạo dao động điện tử tạo ra tín hiệu sóng mang, dạng sóng dao động ổn định ở một tần số duy nhất phục vụ cho việc "mang" thông tin. Sóng mang có tần số cao hơn nhiều so với tín hiệu băng cơ sở (được kết hợp trong mạng điều biến). Bộ điều biến làm thay đổi một số tín hiệu sóng mang, chẳng hạn như biên độ, tần số của nó với tín hiệu băng cơ sở, "nâng" dữ liệu lên sóng mang.

Một số tần số phát sóng trên radio, truyền hình Việt Nam:

- Đài Tiếng nói Việt Nam VOV3 phát trên tần số FM 102,7 MHz

- Tần số Đài VOV1 đang sử dụng FM 100 MHz.

- Tần số VOV giao thông FM 91 MHz.

Bước sóng tương ứng với các tần số trên:

- Đài Tiếng nói Việt Nam VOV3: $\lambda =\frac{c}{f}=\frac{{3.10}^8}{102,{7.10}^6}=2,92m$

- Tần số Đài VOV1: $\lambda =\frac{c}{f}=\frac{{3.10}^8}{{100.10}^6}=3m$

- Tần số VOV giao thông: $\lambda =\frac{c}{f}=\frac{{3.10}^8}{{91.10}^6}=3,3m$

Xem thêm các bài giải Chuyên đề học tập Vật lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác: