Điều khiển từ xa bằng sóng RF

Nội dung chính

• Sóng điện từ là gì?
• Làm sao tạo ra sóng điện từ?
• Phương thức điều khiển vô tuyến.
• Ứng dụng: Dùng sóng vô tuyến để đóng mở một mạch báo chuông.
• Mẩu chuyện vui giúp các bạn đọc thư giãn: Truyện về các người con của lão vua cá

Sóng điện từ là gì?

Nếu chúng ta vào nhà và đóng một khóa điện, dòng điện chảy qua sợi tóc bóng đèn, làm nóng sợi tóc, và đèn phát ra ánh sáng, ánh sáng chúng ta thấy được đó chính là sóng điện từ trường. Vậy có thể dùng sóng điện từ trường để truyền đi xa các tín hiệu. Sóng điện từ trường quen gọi là sóng điện từ hay gọn hơn là sóng. Sóng điện từ là các dao động lập đi lập lại và càng lúc càng lan ra xa, nó lan truyền cũng giống như sóng nước lan truyền trên mặt nước. Vậy, sóng điện từ cũng có các đặc tính, như:

1Tần số của sóng: Chỉ số lần dao động đếm được trong 1 giây.

2Bước sóng: Chỉ đoạn đường sóng đi được ứng với 1 chu kỳ sóng.

3Tốc độ lan truyền: Chỉ đoạn đường sóng đi được trong 1 giây.

4Cường độ sóng: Chỉ biên độ của sóng.

Tần số cho thấy chuyển độnh nhanh chậm của các dao động, còn cường độ dùng chỉ sức mạnh yếu của sóng. Tóm lại, Bạn có thể dùng sóng điện từ để tạo liên thông "vô tuyến" với các thiết bị đặt ở xa.

Làm sao tạo ra sóng điện từ?

Người ta có thể dùng một bóng đèn bình thường để tạo ra sóng điện từ trường, rất đơn giản, vì ánh sáng chính là sóng điện từ trường, nhưng ánh sáng là dạng sóng "hỗn tạp", trong đó có rất nhiều tần số rất khó phân lọc, trong khi đó cái người ta cần là một sóng dạng sin có tần số cao nhưng tần số phải thuần nhất và khống chế được. Để có loại sóng này dùng trong "điều khiển vô tuyến", khởi đầu người ta dùng mạch dao động cộng hưởng LC, nó được kết nối bởi một cuộn dây và một tụ điện, khi mạch LC bị kích thích, trong cuộn dây sẽ xuất hiện từ trường và trong tụ điện sẽ xuất hiện điện trường, khi vào trạng thái cộng hưởng, từ trường trong cuộn dây L và điện trường trong tụ C sẽ kết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trường. Bây giờ chỉ cần dùng dây anten cho sóng trong mạch LC phát vào không gian, chúng ta đã có tia sóng dùng cho công việc điều khiển vô tuyến.

Hình vẽ cho thấy, trong mạch, người ta dùng một cuộn dây L cho mắc song song với một tụ điện tinh chỉnh C. Dùng cuộn cản 10μH để lấy tín hiệu cho qua tụ 5pF hồi tiếp về chân B của transistor để duy trình trạng thái dao động của mạch. Mỗi khi chân B của transistor được cấp mức volt phân cực, transistor sẽ dao động nó liên tục bơm dòng điện kích thích vào mạch cộng hưởng LC, mạch này sẽ tạo ra sóng điện từ trường có tần số rất cao và sóng điện từ sẽ phủ sóng vào không gian chung quanh. Trong mạch người ta dùng một con Led nhỏ để báo cho biết mạch đang được cấp điện.

Hình trên cho thấy, cách xác định tần số cộng hưởng của của mạch LC. Với tụ C chúng ta có dung kháng XC = 1/2πfC và với cuộn cảm chúng ta có cảm kháng XL ＝2πfL. ở trạng thái cộng hưởng, lúc đó dung kháng bằng với cảm kháng, và từ hệ thức cân bằng này chúng ta tính ra được tần số của tín hiệu dạng sin tạo ra trong các mạch cộng hưởng LC. Hệ thức này cho thấy, khi thay đổi trị của tụ C hay cuộn cảm L, chúng ta sẽ làm thay đổi tần số của sóng điện từ trường tạo ra từ các mạch cộng hưởng này.

Phương thức truyền vô tuyến

Khi chúng ta đã biết dùng mạch cộng hưởng LC để tạo ra các tia sóng dùng làm sóng mang để phát vào không gian, bây giờ phải nghĩ đến cách dùng nó để đóng mở các thiết bị đặt ở đàn xa. Để làm được điều này, người ta phải nghĩ ra cách tạo ra các nhóm mã lệnh và "cho điều chế" các mã lệnh này vào nằm trong sóng mang. Tóm lại cách điều khiển các thiết bị bằng sóng vô tuyến sẽ được thực hiện như sau:

Bước 1: Ở bên phát: dùng mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng mang có tần số ổn định dùng làm sóng mang. Dùng mạch tạo ra tín hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế vào sóng mang rồi cho phát vào không gian.

Bước 2: Ở bên thu: dùng mạch cộng hưởng LC làm bẩy sóng để bắt thu sóng điện từ có trong không gian, nó đã được phát ra từ bên phát, cho giải mã để lấy ra tín hiệu mã lệnh có trong sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh để đóng mở các thiết bị.

Đơn giản chỉ có vậy.

Thử tìm hiểu một ứng dụng cụ thể

Dùng sóng vô tuyến để đóng mở một mạch báo chuông

 1 Mạch phát tín hiệu đóng thiết bị báo chuông.

Sơ đồ mạch điện cho thấy, mạch dùng transistor 9018 để kích thích mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng mang có tần số rất cao để dùng làm sóng mang. Mạch dùng ic PT2262 để tạo ra tín hiệu mã lệnh dùng để đóng mở các thiết bị. Mạch làm việc như sau:

Khi Bạn đóng khóa điện S mạch sẽ được cấp nguồn. Led sẽ sáng, lúc này IC PT2262 sẽ được cấp nguồn trên chân số 18, tữ chân số 17 sẽ phát ra xung mã lệnh, ứng với mức volt cao của xung mã lệnh, chân B của transistor VT1 sẽ được cấp mức áp phân cực, mạch dao động RF sẽ làm việc và phát ra nhóm tín hiệu có tần số lấy theo trị của mạch cộng hưởng LC, tín hiệu này sẽ bức xạ vào không gian, Trong mạch:

L1 và tụ tinh chỉnh C1 tạo thành mạch cộng hưởng định tần. L2 là cuộn dây lấy tín hiệu tạo tác dụng hồi tiếp cho chân B. C2 và C1 là mạch cấp tín hiệu hồi tiếp. R1 là điện trở hạn dònh chân B. R2 là điện trở chọn tân cho tín hiệu mã lệnh. Tóm lại khi Bạn nhấn phím cấp điện cho mạch, thì từ mạch này sẽ phát ra nhóm các mã lệnh, nó là tín hiệu dạng xung, ứng với mức xung cao từ mạch này sẽ phát ra sóng RF, ứng với mức xung thấp mạch sẽ dừng phát sóng, sau khi phát xong nhóm mã lệnh, mạch sẽ tự dừng.

2 Mạch thu sóng và kích mở mạch báo chuông

Nguyên lý làm việc của mạch như sau:  Khi mạch cộng hưởng dùng làm bẩy sóng bắt được sóng điện từ có tần số bằng với tần số cộng hưởng của mạch, tín hiệu này sẽ cho phách với tín hiệu tự tạo ra trong mạch và như vậy tín hiệu mã lệnh có trong sóng mang sẽ được tách ra. T́in hiệu mã lệnh qua cuộn lọc bỏ thành phần sóng mang, qua R3, tụ liên lạc C6 vào các tầng khuếch đại trung gian. Ở đây người ta dùng 3 tầng khuếch đại với các transistor VT2, VT3, VT4 để tăng độ nhậy cho mạch thu. Sau khi tín hiệu mã lệnh đã đủ mạnh, người ta đưa tín hiệu này vào chân số 14 để vào ic giải mã PT2272, trong ic PT2272, tín hiệu mã lệnh sẽ được giải mã, nếu trùng mã lệnh giữa bên phát và bên thu, thì mức áp trên chân số 17 sẽ chuyển lên mức áp cao, nó sẽ kích mở ic phát tiếng chuông của, Bạn sẽ nghe thấy tiếng chuông cửa phát ra trên Loa điện động có trở kháng 8 ohm. Chúng ta có thể tìm hiểu công dụng của các linh kiện qua các hình vẽ sau:

...qua phần trình bày trên, chúng ta đã nhìn thấy cách thức mà ngày nay người ta đã dùng sóng điện từ để có thể điều khiển các thiết bị đặt ở xa mà không cần phải có sự hiện diện ở đó. Trước khi tiếp tục chúng ta hãy nghe kể một câu chuyện để nghiền ngẫm và rút ra triết lý học tập. Ông giáo già dùng giọng thế gian âm và bắt đầu kể chuyện...

Chuyện về các người con của lão vua cá

Trong vùng có một ngư dân có trong tay kỹ thuật bắt cá thần sầu, nhất hạng, ông được nhiều người xưng cho danh hiệu là "vua cá", chỉ có điều khi về già vua cá rất khổ tâm, vi sao? vì cả 3 đứa con của vua cá đều chỉ là người bắt cá rất bình thường.

Ông thường đem chuyện phiền lòng than với mọi người: "Tôi thật không thể hiểu nổi, tại sao tay nghề bắt cá của tôi tốt như vậy mà bọn con tôi thì lại kém quá? Tôi hết lòng truyền dạy cho bọn nhỏ kỹ thuật bắt cá từ khi bọn nó mới bắt đầu biết chuyện, dạy từ căn bản lên, dạy cách đan lưới sao để bắt được nhiều cá nhất, dạy cách chèo thuyền sao không đánh động đến đàn cá, dạy cách ném lưới để tóm được nhiều cá nhất. 
Rồi khi bọn nhỏ lớn lên, tôi chỉ dạy cách nhận biết con nước, thủy triều, cách tìm ra tín hiệu của đàn cá... Phàm những kinh nghiệm lâu ngày mà bản thân tôi biết được tôi cũng đều tỉ mĩ cầm tay chỉ dạy, truyền lại cho các con, không dấu giếm điều gì cả, vậy mà không hiểu sao kỷ năng bắt cá của các con tôi vẫn thua các đứa con của các ngư dân bình thường khác. Thật không hiểu nỗi???"

Có một vị khách qua đường nghe được câu chuyện của ông, bèn hỏi ông: "Có phải lúc nào ông cũng nắm tay chỉ dạy cho các con ông không?"

• "Phải, vì muốn bọn nhỏ có được tay nghề bắt cá số một giỏi như tôi, tôi rất chịu khó, rất tỉ mĩ cầm tay chỉ dạy cho từng đứa"
• "Và các con ông vẫn luôn nghe và làm theo từng lời chỉ dạy của ông chớ?"
• "Phải, để bọn nhỏ không phải đi vòng vo mất thời gian, tốn công hao sức, tôi luôn giữ bọn nhỏ luôn theo sát bên mình để chỉ dạy"

Người khách qua đường điềm tĩnh nói: "Nếu đúng như vậy, ông đã bị một sai lầm rất lớn. Ông chỉ đang thị phạm thứ kỹ thuật mà chính ông đã phải tốn nhiều năm tháng ông mới có, ông muốn các con làm giống như ông, làm theo cách đó, không phải là ông đã thật sự 'giáo huấn' cho các con ông. Với mỗi con người, chính sự giáo huấn đúng nghĩa mới sẽ làm cho người đó tự có được kinh nghiệm của chính bản thân, chỉ có giáo huấn mới làm phát triển được tài năng của con người, không được giáo huấn con người ta sẽ không thể có thành công và không thể trưởng thành được."

Câu nói của ông khách qua đường được hiểu như thế nào ?

Giáo huấn là một cách thức dùng "làm bậc mở trí tuệ trong mỗi con người", làm sao cho chính con người tự trở thành một người cầu học, tự ham tìm tòi, tự đi khám phá, tự thích thú với thành quả mà mình có được, đó là ý nghĩa của sự giáo huấn.

Ngồi đây các bạn nghe tôi thuyết giảng về bài "điều khiển vô tuyến", các Bạn nghe hiểu rồi, nhưng rồi Bạn có tự mình tiếp tục đi tìm, tiếp tục mở rộng hiểu biết của mình không? Nếu có, đó là hiệu quả của sự giáo huấn, nếu không, thì bài giảng cũng chỉ giống như các bài dạy mà vua cá đã dùng để dạy cho các con ông vậy, nó không đốt lên được ngọn lữa trí tuệ trong con người của các con ông.

Có một em học viên nghe xong bài giảng này, ra ngay các chổ mua bán đồ cũ mua về các chuông cửa cũ hư, tự truy vẽ mạch, tự kiểm tra và sửa chữa các mạch hư rồi tìm cách mở rộng, phát triển các mạch điện này thành các ứng dụng hữu ích khác, với em học viên này, ngọn lửa trí tuệ trong em đã được thấp lên và ngọn lửa sẽ tiếp tục tự cháy và em sẽ có thành công trong công việc của mình. Không nên chỉ đi tìm tòi cái hay cái lạ của thiên hạ để chỉ biết, để làm theo, để rồi tự bản thân mình thì không mở mang gì cả, làm theo cách đó không phải là được giáo huấn, mà chúng ta quen gọi là "học vẹc" vậy.