Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 4: Tách sóng

Trường Đại Học Cụng Nghệ Thụng TinKHOA MẠNG & TRUYỀN THễNGBÀI GIẢNG NHẬP MễN ĐIỆN TỬ 1THÁNG 9/2012CHƯƠNG 4: TÁCH SểNGTỏch súng biờn độTỏch súng tớn hiệu đơn biờnTỏch súng tớn hiệu điều tầnTỏch súng tớn hiệu điều phaTỏch súng biờn độ Tỏch súng là quỏ trỡnh lấy lại tớn hiệu điều chế. Tớn hiệu sau tỏch súng phải giống dạng tớn hiệu điều chế ban đầu. Để tớn hiệu ra khụng mộo thỡ tớn hiệu vào tỏch súng phải cú biờn độ đủ lớn. Tương ứng với cỏc loại điều chế, ta cũng cú cỏc mạch tỏch súng sau đõy: tỏch súng điều biờn, tỏch súng điều tần, tỏch súng điều pha.a. Cỏc tham số cơ bản+ Hệ số tỏch súng:-Tớn hiệu vào bộ tỏch súng là tớn hiệu đó điều biờn: uVTS= UVTS.cosωtt= Uωt.cosωtt (biến thiờn theo quy luật tin tức) - Đối với tớn hiệu vào: UVTS=U’0+u’ U’0 :thành phần một chiều, u’:thành phần biến thiờn chậm theo thời gian - Đối với tớn hiệu ra: URTS=U”0+u” -Tớn hiệu ra bộ tỏch súng điều biờn: URTS(t) = KTS.UVTS(t)- Hệ số tỷ lệ - hệ số tỏch súng: KTS = URTS/UVTS- Quỏ trỡnh tỏch súng chỉ cần quan tõm đến thành phần biến thiờn chậm (mang tin tức), do đú, hệ số tỏch súng: KTS =u”/u’+ Trở khỏng vào bộ tỏch súng:+ Mộo phi tuyến:Đặc trưng cho sự sai lệch của tín hiệu hồi phục và tín hiệu ban đầu, trong đú I2ωt , I3ωt , ... là thành phần dũng điện cỏc súng hài của tớn hiệu điều chế xuất hiện khi qua mạch tỏch súng.Đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng của bộ tách sóng đến nguồn tín hiệu vào.b. Mạch tỏch súng điều biờni.Mạch tách sóng biên độ dùng mạch chỉnh lưu:Tỏch súng dựng diot nối tiếpTỏch súng dựng diot song songKhảo sỏt mạch nối tiếp:+ iD= S.uD = S (uđb - uC)Trong đú: uđb=Uđbcosωst =Ut(1+mcosωst) cosωtt => iD = S.uD=S(Uđbcosωst -uc)=> iD = S.uD=S(Uđbcosωst - cosθ)Với ωst=θ (gúc cắt tớn hiệu, gúc dẫn điện của diode), + Trường hợp: iD= I0 + I1cosωtt + I2cos2ωtt+ I3cos3ωtt+...+ I4cos4ωtt+....Điện ỏp ra trờn tải:=>=>Nhận xột: Gúc cắt tớn hiệu θ chỉ phụ thuộc vào thụng số hỗ dẫn S và điện trở tải R mà khụng phụ thuộc vào tớn hiệu vào. Như vậy, tỏch súng tớn hiệu lớn thỡ tớn hiệu đú khụng bị mộo.Vớ dụ: cho θ=900 =>Thành phần 1 chiều Thành phần cơ bản Thành phần kết hợp Thụng thường ωt >> ωs do đú cỏc thành phần ωt, ωt ± ωs, vầ nωt ± ωs được loại bỏ dễ dàng nhờ mạch lọc thụng thấp. Chỉ cũn thành phần hữu ớch, là tớn hiệu hồi phục:Quỏ trỡnh tỏch súng tớn hiệu lớnnhờ mạch chỉnh lưu dựng điốtĐồ thị thời gian điện ỏpra uC trờn tải bộ tỏch súng nối tiếp.Hiện tượng mộo tớn hiệu tỏch súng do tải điện dung quỏ lớn.Chọn hằng số thời gian τ=RC đủ lớn sao cho điện ỏp trờn tải (tớn hiệu hồi phục), giống với tớn hiệu tin tức ban đầu. Tổng quỏt R, C chọn theo biểu thức sau:Thực tế thường chọn RC theo điều kiện:Muốn dễ dàng thoả món cần ωt ≥ 100 ωSmax+ Đối với mạch tỏch súng song song cú ưu điểm là cú thể loại được thành phần một chiều DC (do khụng qua được tụ điện); nhưng lại cú nhược điểm là thành phần cao tần dễ dàng đi ra tải, cần phải lọc. Nờn sơ đồ tỏch súng song song chỉ được dựng trong trường hợp cần ngăn thành phần một chiều từ tầng trước đưa tới.ii.Mạch tách sóng biên độ dùng phần tử tuyến tớnh tham sốuđb =Ut(1+mcosωst) cosωtt : tớn hiệu đầu vào bộ tỏch súngut =Utcos(ωtt +φ): tớn hiệu dao động nộiur=K.ut.uđb=Dựng mạch lọc thụng thấp cú thể tỏch ra thành phần hữu ớch:Dựng mạch nhõn tương tựNhận xột :- Trong phổ điện ỏp ra khụng cú thành phần tải tần;- Muốn tỏch được súng ut phải cú tần số bằng tần số tải tin của t/h đó điều biờn;- Biờn độ điện ỏp đầu ra phụ thuộc vào gúc pha φ (là gúc lệch pha giữa tớn hiệu cần tỏch súng và tải tin phụ.- Khi φ = 0 ⇒ u’r cực đại, khi φ = ± 900 ⇒ u’r=0- Bộ tỏch súng vừa cú tớnh chọn lọc về biờn độ, vừa cú chọn lọc về pha gọi là bộ tỏch súng biờn độ pha;- Để tỏch súng cú hiệu quả cần phải đồng bộ tớn hiệu vào và tải tin phụ vào tần số và gúc lệch pha. Bộ tỏch súng này cũn cú tờn gọi là bộ tỏch súng đồng bộ.Tỏch súng tớn hiệu đơn biờnTỏch súng tớn hiệu đơn biờn nhờ mạch điều chế vũng- Cũng như phương phỏp tỏch súng đồng bộ, vấn đề là phải tạo ra sự đồng bộ về tần số tớn hiệu tải tin và tớn hiệu dao động nội. - Để giải quyết vấn đề này, tiến hành lọc lấy tải tin đó bị nộn, rồi khuếch đại để cú tớn hiệu dao động nội cần thiết.t/h tần số caot/h tần số thấp hữu ớcht/h tải tin phụ từbộ dao động nộiTớn hiệu đơn biờntớn hiệu tần số thấpTỏch súng tớn hiệu điều tần Tỏch súng tớn hiệu điều tần là quỏ trỡnh biến đổi độ lệch tần số tức thời của tớn hiệu đó điều tần so với tần số trung bỡnh thành biến thiờn điện ỏp ở đầu ra.Tỏch súng điều tần và điều pha thường được thực hiện theo một trong những nguyờn tắc sau:- Biến đổi tớn hiệu điều tần hoặc điều pha thành tớn hiệu điều biờn rồi thực hiện tỏch súng biờn độ.- Biến đổi tớn hiệu điều tần thành tớn hiệu điều chế độ rộng xung rồi thực hiện tỏch súng t/hiệu điều chế độ rộng xung nhờ mạch tớch phõn.- Làm cho tần số tớn hiệu cần tỏch súng bỏm theo tần số của một bộ tạo dao động nhờ hệ thống vũng giữ pha PLL, điện ỏp sai số chớnh là điện ỏp cần tỏch súng.Âàỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt cuớa bọỹ taùch soùngHệ số truyền đạta. Mạch tỏch súng điều tần dựng mạch lệch cộng hưởng+ Đầu vào hai bộ tỏch súng biờn độ (D1,D2) là hai mạch cộng hưởng được điều chỉnh tại cỏc tần số ω1 và ω2. Nếu gọi tần số trung tõm của tớn hiệu điều tần đầu vào là ω1 = ωt thỡ: ω1 = ω0 + Δω ; ω2 = ω0 − Δω+ Sự điều chuẩn mạch cộng hưởng lệch khỏi tần số trung bỡnh của tớn hiệu vào làm biờn độ điện ỏp vào của hai bộ tỏch súng biờn độ (U1, U2) thay đổi phụ thuộc vào tần số điện ỏp vào.U1 = m .Uđt Z1U2 = m. UđtZ2m = M/L: hệ số ghộp của biến ỏp vàoRtd1, Rtd2 : trở khỏng của hai mạch cộng hưởng ở tần số cộng hưởng ω1 và ω2.Q1, Q2 là phẩm chất của cỏc mạch cộng hưởng tương ứng.+ Chọn hai mạch cộng hưởng như nhau ta cú: Rtd1 = Rtd2 = R , Q1= Q2= Qđộ lệch số tần số tương đối giữa tần số cộng hưởng riờngcủa mạch dao động với tần số trung bỡnh của tớn hiệu vào.độ lệch số tần số tương đối giữa tần số tớn hiệu vào và tần số trung bỡnh. Quỏ trỡnh biến đổi tớn hiệu điều tần thành tớn hiệu điều biờn đó được thực hiện. Qua bộ tỏch súng biờn độ ta nhận được cỏc điện ỏp:Điện ỏp ra tổng:hệ số tỏch súng: KTS Hệ số truyền đạtx= 0+ Vỏỷy Sf phuỷ thuọỹc vaỡo xo. Âaỷo haỡm (Sf) theo xo vaỡ xeùt cổỷc trở ta thỏỳy Sf = Sfmax khi xO = + Vỏỷy muọỳn hóỷ sọỳ truyóửn õaỷt cổỷc õaỷi phaới choỹn lổồỹng lóỷch tỏửn Δωo theo õióửu kióỷn sau õỏy:+ Tỏch súng dựng mạch lệch cộng hưởng cú nhược điểm là khú điều chỉnh cho hai mạch cộng hưởng hoàn toàn đối xứng, nờn ớt được dựng.b. Mạch tỏch súng điều tần dựng mạch cộng hưởng ghộp - Mạch điện làm việc theo nguyờn tắc chuyển biến thiờn tần số thành biến thiờn về pha, sau đú thực hiện tỏch súng pha nhờ tỏch súng biờn độ.-Tín hiệu điều tần được ghép theo 2 hướng(hỡnh vuông nét đứt): + Qua biến áp (L1, L2) đưa đến mạch dao động thứ cấp: L2, C2 + Qua tụ Cgh đưa vào bộ tách sóng biên độ.- Mạch biên độ tách sóng pha:UD1=U1 + U2UD2=U1 - U2Có 3 khả năng:+ Khi tần số tớn hiệu vào f = f0 (tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng sơ cấp và thứ cấp:=> us= us1 -us2= KTS(UD1 - UD2)= KTS.0=0+ Trường hợp f > f0: Mạch cộng hưởng thứ cấp mang tớnh chất điện cảm. Tần số tớn hiệu vào càng lệch khỏi tần số cộng hưởng trung tõm f0 thỡ biờn độ UD1 càng lớn hơn biờn độ UD2 , do đú trị số điện ỏp ra us càng lớn.+ Khi f - Nếu cố định U0  const, thì tín hiệu ra tách sóng us chỉ phụ thuộc vào tỉ số biên độ áp vào us2/ us1, vì bản thân us1 , us2 lại phụ thuộc biến thiên tần số đầu vào, tức là bộ tỏch súng tỷ số khụng cú phản ứng với cỏc biến thiờn về biờn độ ở đầu vào nờn trỏnh được nhiễu biờn độ.d. Mạch tỏch súng Koinridenz Tớn hiệu điện ỏp ra uS, chính là chuỗi Fourier của dãy xung tam giác. Mạch dùng để tách sóng tín hiệu trong phát thanh và truyền hình.Tỏch súng tớn hiệu điều pha bằng diotTín hiệu giải điều chế được giải thích theo kiểu vectorMạch tỏch súng pha cõn bằng là hai mạch tỏch súng biờn độ dựng điốt ghộp với nhau như hỡnh vẽ. Tớn hiệu cần tỏch súng chớnh là tớn hiệu đó điều pha udf được so sỏnh về pha với một dao động chuẩn uch. Biểu thức udf và uch như sau:uđf= U1cos(ω01t +φ(t)+ φ01)= U1cosφ1(t)uch= U2cos(ω02t + φ02)= U2cosφ2(t)Điện ỏp đặt lờn hai bộ tỏch súng tương ứng là:Áp dụng công thức hàm số cosin cho các tam giác:Điện ỏp ra bộ tỏch súng:uS = uS1 - uS2 = KTS =us/mUt :hệ số tách sóng+ Nếu ω01=ω02 và φ01 = φ02, thì điện áp chỉ Δφ(t)= φ(t), tức là điện áp ra chỉ phụ thuộc vào pha của tín hiệu vào- Ta có mạch tách sóng pha.+ Tương tự φ(t)=0, ta có mạch tách sóng tần số.+ Thực tế tín hiệu điều chế thường là kết hợp cả pha và tần cho nên tổng quát có thể dùng phương pháp này để giải điều chế tín hiệu.