Bài giảng về thương mại điện tử

hưởng riêng của thạch anh Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Sơ đồ dao động dùng thạch anh điều khiển bằng hồi tiếp nối tiếp được trình bày như hình H6- 17. a, b b. Phân tích mạch điện. Tác dụng linh kiện ở hình H6-17a: Để kích thích phần tử thạch anh hoạt động trong mạch cộng hưởng nối tiếp, người ta mắc nối tiếp thạch anh với phần tử hồi tiếp. Điện trở R1 , R2 là mạch phân áp cho Base của transistor Tụ CC dẫn hồi tiếp trở về đầu vào RE , CE: ổn địch chế độ làm việc cho transistor Cuộn chặn RFC cấp điện một chiều, ngăn không cho tín hiệu xoay chiều trên đường công suất ảnh hưởng tới tín hiệu ra. Nguyên lý hoạt động: Tại tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh trở kháng của nó là nhỏ nhất và hồi tiếp dương là lớn nhất. trở kháng tụ CC tại tần số dao dộng là không đáng kể nhưng nó ngăn không cho dòng một chiều đi từ cực collector đến base. Kết quả là tần số cộng hưởng của mạch dao dộng đã được xác định bằng tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh. Thay đổi điện áp cung cấp, thông số của transistor thay đổi cũng không ảnh hưởng đến tần số dao động, tần số dao động được giữ ổn định nhờ thạch anh. Có thể sử dụng transistor trường (FET) thay thế cho transistor lưỡng hạt (BJT) trong mạch dao động sử dụng thạch anh như hình H6-17b. 3. Bộ dao động thạch anh mắc song song. a. Sơ đồ mạch điện Sơ đồ mạch điện sử dụng thạch anh mắc song song như hình H6-18 sau: H6-17 Bộ tao dao động thạch anh điều khiển bằng hồi tiếp nối tiếp a) Sử dụng BJT b) sử dụng FET R2 R1 CE CC R1 UCC a) CC Thạch anh (XTAL) UCC RG RS CS b) Thạch anh (XTAL) Lối ra Lối ra RE C2 RFC UCC Lối ra CB R1 R1 C1 Thạch anh (XTAL) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 b. Phân tích mạch điện Khi thạch anh cộng hưởng song song thì trở kháng của mạch đạt giá trị lớn nhất. Tại tần số hoạt động của mạch cộng hưởng song song, phần tử thạch anh được coi như một phần tử điện kháng lớn nhất. Hình H6-18 lúc này gần giống như một mạch Colpits. Điện áp phân cực một chiều lớn nhất được tăng lên khi đi qua phần tử thạch anh tại tần số cộng hưởng song song của nó. Điện áp được ghép tới Emitter bằng điện áp bộ chia điện dung C1 và C2. Bộ tạo dao động Miller dùng phần tử thạch anh như hình H6-19 Khung dao động cộng hưởng LC được điều chỉnh gần tần số cộng hưởng song song của thạch anh. Câu hỏi ôn tập cuối chương Câu 1: Trình bày định nghĩa và điều kiện của mạch dao động điều hòa Câu 2: Trình bày cấu trúc và phương pháp tính toán mạch dao động cộng hưởng Câu 3: Trình bày nguyên lý dao động 3 điểm vẽ và giải thích mạch dao động 3 điểm điện cảm Câu 4: Trình bày nguyên lý dao động 3 điểm vẽ và giải thích mạch dao động 3 điểm điện dung Câu 5 Vẽ và giải thích nguyên lý dao động của mạch tao dao động ghép biến áp Câu 6: Mạch dao động Rc có đặc điểm gì? Có bao nhiêu phương pháp tạo dao động RC. Trình bày mạch tao dao động bằng phương pháp di pha sử dụng 3 khâu phản hồi RC Câu 7: Trình bày sơ đồ quy ước, tương đương và các đặc điểm cơ bản của thạch anh. vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch dao động thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp. RFC Thạch anh (XTAL) UDD RG RS CS Lối ra C L H6-19 Mạch dao động miller dùng thạch anh Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Câu 8: Trình bày sơ đồ quy ước, tương đương và các đặc điểm cơ bản của thạch anh. vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch dao động thạch anh mắc song song. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Chương 7 TRỘN TẦN §7-1 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỔI TẦN 1. Định nghĩa Đổi tần là quá trình tác động lên hai tín hiệu sao cho trên đầu ra bộ đổi tần nhận được các thành phần tần số tổng và hiệu của hai tần số đó Thông thường một trong hai tín hiệu vào là tín hiệu đơn âm (có một vạch phổ) tín hiệu đó gọi là tín hiệu ngoại sai có tần số fd (fns). Tín hiệu còn lại là tín hiệu hữu ích với tần số là ft (fth) cố định hoặc biến thiên trong một phạm vi nào đó. Tín hiệu có tần số mong muốn được tách ra từ một bộ lọc, tần số đó được gọi là tần số trung gian ftg Để trộn tần người ta phải sử dụng các phần tử phi tuyến hoặc các phần tử tuyến tính tham số. 2. Nguyên lý chung về trộn tần Giả thiết đặc tuyến của phần tử phi tuyến được biễu diễn theo chuỗi Taylor sau: ......22110  n nuauauaai Trong đó u là điện áp đạt lên phần tử phi tuyến được dùng để trộn tần Trong trường hợp này ta tác động lên phần tử phi tuyến bao gồm hai thành phần tín hiệu là tín hiệu ngoại sai và tín hiệu hữu ích nên thns uuu  Giả thiết tUu nsnsns cos. tUu ththth cos. Thay vào phương trình đặc tuyến của phần tử phi tuyến trên ta có.          ...coscos 2cos2cos 2 )( 2 coscos 2 222222 10   ttUUa tUtU a UU a tUtUaai thnsthnsthns ththnsnsthnsththnsns   Vậy tín hiệu ra gồm có thành phần một chiều, thành phần cơ bản: ns , th ; các thành phần tần số tổng và hiệu thns   , thành phần bậc cao ns2 , th2 . Tính các vế tiếp theo của phương trình trên ta thấy dòng điện còn có các thành phần bậc cao: thns m  trong đó m, n là những số nguyên dương. Nếu trên đầu ra của bộ đổi tần lấy tín hiệu có tần số thns   , nghĩa là chọn n = m = 1 thì ta có trộn tần đơn giản. Trường hợp m, n >1 thì ta có trộn tần tổ hợp. Thông thường người ta hay sử dụng trộn tần đơn giản. Trong đoạn sóng mét và déimet, để nâng cao độ ổn định tần số ngoại sai và giảm ảnh hưởng tương hỗ giữa mạch ngoại sai và mạch tín hiệu, người ta có thể dùng trộn tần tổ hợp với tần số tín hiệu ra: thnsn   với 2n 3. Phân loại đổi tần Có thể phân loại bộ dổi tần theo nhiều cách. - Theo phần tử tích cực sử dụng bộ đổi tần ta có: + Mạch đổi tần sử dụng Diot + Mạch đổi tần sử dụng Transistor BJT + Mạch đổi tần sử dụng transistor FET Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 - Dựa vào cách đưa điện áp ngoại sai vào transistor ta có các loại mạch trộn tần như sau: + Mạch trộn tần đưa điện áp ngoại sai vào base (hình H7-1a) + Mạch trộn tần đưa điện áp ngoại sai vào emitter (hình H7-1b) + Mạch trộn tần đưa điện áp ngoại sai vào collector(hình H7-1c) Mạch điện hình H7-1c nói chung không dùng vì điện áp ngoại sai đưa vào mạch cần lớn. Mạch điện hình H7-1a yêu cầu điện áp ngoại sai đưua vào nhỏ, song ảnh hưởng giữa mạch tạo dao động và mạch vào lớn. Mạch điện hình H7-1b tuy điện áp ngoại sai đưa vào cần lớn hơn so với mạch hình H7-1a nhưng mạch điện làm việc ổn định, ảnh hưởng giữa mạch tạo dao động và mạch vào ít hơn do đó nó được dùng rộng rãi. §7-2 MẠCH ĐỔI TẦN DÙNG DIODE 1. Khái quát chung Các mạch đổi tần dùng diot được ứng dụng rộng rãi ở mọi tần số, đặc biệt ở phạm vi tần số cao (trên 1Ghz). Mạch đổi tần dùng diot có nhược điểm làm suy giảm tín hiệu. 2. Mạch đổi tần dùng diot đơn Trong sơ đồ mạch đổi tần đơn dùng diod H7-2. diot, mạch tín hiệu, mạch ngoại sai mắc nối tiếp với nhau. Mạch trung gian và mạch tín hiệu đối xứng nhau, do đó có thể đổi lẫn cho nhau. Nghĩa là trong mạch có hiện tượng trộn tần ngược. Trong sơ đồ này thường chọn điểm công tác tĩnh ở đoạn ft fd ft fd ft fd a) c b H7-1 các loại mạch đổi tần Uth Uns D H7-2 Mạch đổi tần dùng diot đơn Utg Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 đầu (gần gốc tọa độ) của đặc tuyến vol-ampe của điốt để có dược hỗ dẫn đổi tần lớn. Lúc đó phương trình gần đúng biễu diễn quan hệ Vol-Ampe của diot là:  125,0  auei Trong đó a là hằng số được xác định bằng thực nghiệm. Đối với nhiều điot V a 1 5 do đó: auea du di S .25,0 Căn cứ vào đặc tuyến vol-ampe của các loại diot silic và gecmani thông dụng, người ta thấy rằng; với diot silic phải chọn biên độ điện áp ngoại sai Uns <1V và đối với gecmani Uns<(2-3)V để đảm bảo dòng ngược cho phép của các loại diot đó Có thể tính Stt , Gtt cho sơ đồ dựa vào đặc tuyến lý tưởng của diot biếu diến trên hình H7-3. Theo đặc tuyến đó, ta viết được biểu thức gần đúng dòng qua điot là: Theo chuỗi Furier ta tính được biên độ bậc hài n của S:   S n n ttdnSS nsnsn . sin2 cos 2 0        Thay 2    , giả thiết n = 1 và hỗ dẫn đổi tần là:  S SS ntt  2 1 Tương tự như vậy, điện dẫn đổi tần được xác định như sau:        S tdGGG nsiitt   0 0 1 Với 2    thì 2 S Gtt  3. Mạch đổi tần cân bằng Để chống tạp âm ngoại sai, dùng sơ đồ đổi tần cân bằng như hình H7-4 sau: i U Uns S ωnst S ωnst S i 0 0 0 π/2 H7-3 Đặc tuyến vol-ampe của diot và quan hệ S=f(ωnst)       00 0 uKhi uKhiS i u Ở đây: i i G Rdu di S  1 Vì điện áp ngoại sai là hàm tuần hoàn theo thời gian, nên hỗ dẫn S là một dãy xung vuông với độ rộng xung phụ thuộc vào góc cắt θ. Với điểm tĩnh chọ tại gốc tọa độ ta có 2    Uth D1 Utg D2 itg1 itg2 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Trong bộ đổi tần cân bằng điện áp tín hiệu đặt lên hai điot ngược pha, còn tín hiệu ngoại sai đặt lên hai đầu diot đồng pha nghĩa là: tUu thththD cos1  )cos( 2   tUu thththD nsnsDnsD uuu  21 Do đó dòng điện tần số trung gian qua điot (do uth tạo ra) tIi thnstgtg )cos(11      tItIi thnstgthnstgtg   cos)(cos 222 Trên mạch cộng hưởng ra ta nhận được: tIiii tgtgtgtgt cos221  Bên cạnh đó, dòng tạp âm tần số trung gian do nguồn ngoại sai mang đến đạt lên hai điot đồng pha và ngược pha trên mạch cộng hưởng ra, do đó ta có biểu thức sau: tIi tgrara cos11  tIi tgrara cos22  Do đó: 021  rarara iii Vậy mạch đổi tần cân bằng làm tăng dòng điện trung gian ở đầu ra và có khả năng khử tạp âm tần số trung gian do nguồn ngoại sai mang đến Ngoài ra đầu ra của mạch đổi tần cân bằng không có các thành phần tổ hợp ứng với hài bậc chẵn của tín hiệu ( ,....4;2 thnsthns   4. Mạch đổi tần vòng. Uth Uns D1 H7-5 Mạch đổi tần vòng Utg D2 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Mạch đổi tần vòng Hình H7-5 gồm hai mạch đổi tần cân bằng mắc nối tiếp, trên đầu ra của sơ đồ này chỉ có các thành phần tần số thns   , các thành phần khác bị khử, do đó tách được thành phần tần số trung gian mong muốn. §7-3 MẠCH ĐỔI TẦN CÓ BỘ NGOẠI SAI CHUNG 1. Khái quát chung Mạch đổi tần dùng một transistor vừa tạo dao động vừa trộn tần gọi là mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung. Trong mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung ta chỉ xét hai mạch cơ bản đó là mạch đổi tần mà tín hiệu ngoại sai đưa vào base và mạch đỏi tần tín hiệu ngoại sai đưa vào emitter. Còn mạch đổi tần tín hiệu đưa vào collector như bài trước đã phân tích yêu cầu tín hiệu ngoại sai phải có biên độ lớn nên hầu như không sử dụng trong thực tế 2. Sơ đồ mạch điện. Sơ đồ mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung tín hiệu ngoại sai đưa vào base được thể hiện như hình H7-6 cón mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung tín hiệu đưa vào emitter được vẽ ở hình H7-7 sau đây: R3 C3 H 7-6 Mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung tín hiệu ngoại sai đưa vào base R2R1 C1 C4 C2 C5 L2 L1 L3 L4 L5 L6 L7 UCC R3 C2 H 7-7 Mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung tín hiệu ngoại sai đưa vào emitter R2R1 C1 C3 C4 C5 L2 L1 L3 L4 L5 L6 L7 UCC Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 3. Nguyên lý hoạt động Điều khác nhau giữa hai mạch này chỉ ở phần tạo dao động. Trong hình H7-6 khi xét phần giao động, transistor mắc emitter chung, tín hiệu cao tần cần thu và điện áp ngoại sai đếu đưa vào base. Ở hình H 7-7 xét đối với phần tạo dao động, transistor mắc base chung, tín hiệu cần thu đưa vào base còn điện áp ngoại sai đưa vào emitter. Phần tạo dao động cả hai mạch trình bày ở trên đều mắc theo kiểu ghép biến áp. Trong hình H7-6 mạch cộng hưởng do L1 và C1 tạo thành là mạch vào, nó điều chuẩn với tần số của tín hiệu đài phát thanh, khi dùng anten thì cuộn L1 được cuốn trên thanh pherit. Nếu máy thu có thêm tầng khuếch đại cao tần thì mạch cộng hưởng L1 C1 sẽ được thay bằng mạch ra của tầng khuếch đại cao tần. L2 là cuộn ghép để đưa tín hiệu vào base của transistor, nó thường được cuốn chung trên thanh pherit của L1. Mạch cộng hưởng L4C2 và cuộng ghép hồi tiếp L3 tạo thành hệ thống dao động, chúng quyết địng tần số ngoại sai, tần số này luôn cao hơn tàn số tín hiệu một trung tần, vì vậu tụ điện C1 và C2 phải là tụ biến đổi đồng trục, Mạch cộng hưởng L6C5 hợp thành, điều chuẩn trung tần và chỉ ghép một phần với transistor, do đó đối với tần số ngoại sai (trên 1000 kHz) có thể coi như ngắn mạch. Nếu bỏ qua mạch cộng hưởng L5 C5 thì mạch hình H7-6 có thể quy về mạch dao động. Mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung vừa làm nhiệm vụ tạo dao động, vừa phải làm nhiệm vụ trộn tần, vì vậy yêu cầu transistor phải có tính năng tốt. Nếu hệ số khuếch đải của tầng đổi tần khoảng 20dB thì tần số cắt của transistor vào khoảng 6-7 MHz . Nếu tần số cắt của transistor thấp thì hệ số khuếch đại của tầng đổi tần bị giảm. §7-4 MẠCH ĐỔI TẦN CÓ BỘ NGOẠI SAI RIÊNG 1. Khái quát chung Mạch đổi tần dùng 2 transistor, một chuyên làm nhiệm vụ dao động và một chuyên làm nhiệm vụ trộn tần gọi là mạch đổi tần có bộ ngoại sai riêng. 2. Sơ đồ nguyên lý của mạch đổi tần có bộ ngoại sai riêng Mạch đổi tần có bộ ngoại sai riêng sử dụng transistor BJT cũng có hai mạch cơ bản giống như mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung là: Tín hiệu ngoại sai đưa vào base và tín hiệu ngoại sai đưa vào Emitter. Và được trình bày như hình H7-8 và H7-9 sau: R3 C4 R2 R1 L2 L1 L6 L7 UCC R5 C R4 C1 C2 C3 C5 C7 C8 C9 L3 L4 L5 T1 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 3. Nguyên lý hoạt động Trong hình H7-8 transistor T1 làm nhiệm vụ trộn tần còn T2 làm nhiệm vụ dao động. Cả hai điện áp tín hiệu và điện áp ngoại sai đều cung đưa vào base cảu transistor trộn tần T1 (mạch trộn tần điện áp ngoại sai đưa vào base). Ta thấy tín hiệu cao tần cần thu được chọn lọc bởi mạch cộng hưởng C1 C2 L1, qua cuộn ghép L2 đưa vào base, còn điện áp ngoại sai từ bộ tạo sóng do T2 đảm nhận qua cuộn ghép L3, đi qua L2 C3 rồi cũng đưa vào base của T1. Tín hiệu trung tần sau khi trộn tần ra, được T1 khuếch đại lên và qua mạch cộng hưởng lên C5 L6 chọn lọc rồi qua cuộn ghép L7 ghép sang base của transistor khuếch đại trung tần phía sau. Hình H7-9 có nguyên lý hoạt động cũng như hình H8-4 chỉ khác ở chỗ là điện áp tín hiệu cao tần cần thu được đưa vào base, còn điện áp ngoại sai lại đưa vào emitter của transistor trộn tần T1 (mạch trộn tần điện áp ngoại sai đưa vào emiter) Đối với bộ trộn tần việc chọn điểm làm việc cho transistor rất quan trọng vì vừa cần đoạn không đường thẳng của đặc tuyến để trộn tần vừa cần đạt được hệ số khuếch đại lớn nhất. Nếu chọn dòng IC lớn thì hiệu suất trộn tần rất thấp và thậm chí có thể mất tác dụng trộn tần. Nếu chọn dong IC quá nhỏ thì tác dụng khuếch đại đối với thành phần trung tần lại nhỏ. Dòng IC thường chọn trong khoảng 0,3 đến 0,6mA và được xác định cụ thể trong quá trình điều chỉnh. R3 T1 R2R1 L2 L1 L6 L7 UCC C1 C2 C6 C5 C3 L4 L3 R5 C8 R6 R4 C4 C7 T2 H 7-9 Mạch đổi tần có bộ ngoại sai riêng tín hiệu ngoại sai đưa vào Emitter T2 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Điện áp collector càng lớn càng tốt nhưng khi quá 8V thì đã gần bão hòa, có nghĩa là hệ số khuếch đại của tầng tăng lên rõ rệt. Hệ số khuếch đại này còn có quan hệ với điện áp dao động ngoại sai; lúc điện áp ngoại sai từ 0 tăng dần lên, hệ số khuếch đại của bộ trộn cũng tăng từ số 0 tăng lên nhanh chóng, khi điện áp ngoại sai vào khoảng 80 đến 150 mV, hệ số khuếch đại của bộ trộn tần lớn nhất, sau đó điện áp ngoại sai tăng lên thì hệ số khuếch đại của bộ trộn lại giảm xuống. khi điều chỉnh thức tế ta phải chú ý đến độ ghép từ bộ ngoại sai sang bộ trộn tần để có hệ số khuếch đại bộ trộn tần lớn nhất. Khi thiết kế ta cần biết trở kháng vào và trở kháng ra của bộ trộn tần để quyết định số liệu mạch điện đầu vào và đầu ra, ví dụ như tỷ số của biến áp trung tần. Vì bộ trộn tần làm việc ở đoạn đặc tuyến không đường thẳng, việc tính toán trở kháng vào và trở kháng ra của nó rất phức tạp và dù có dùng những phương pháp phức tạp để xác định thì kết quả cũng không thật chính xác, do đó trong thực tế thường dùng phương pháp thực nghiệm để xác định. Nói chu ng trở kháng vào của biến tần khoảng 500Ω đến 2kΩ , trở kháng ra vào khoảng  k10025 . Do đó tỉ số giữa các cuộn dây thường dùng như sau đối với hình H7-10 157;2510;105 3 4 5 4 2 1  N N N N N N Transistor khi làm nhiệm vụ trộn tần, đặc tính tần số của nó chủ yếu quyết định bởi đặc tính của tiếp giáp PN giữa base và emitter, ngoài bộ phận ấy ra mạch collector chỉ gây tác dụng khuếch đại trung tần do đó khi xét về mặt này ta cũng có thể coi nó như một mạch khuếch đại trung tần. Transistor trộn tần cần chọn loại có tần số cắt cao hơn. 4. Mạch bù tần số Transistor khuếch đại trung tần yêu câu tần số cắt phải cao. Transistror đổi tần yêu cầu tần số cắt lại phải cao hơn vì nó vừâophỉ bảo đảm tạo ra dao động vừa phải ghép với mạch vào, tổn hao nhiều hơn. Thí dụ với transistor cáo tần số cắt f là 30MHz, nếu chưa mắc thêm mạch bù tần số thì khi dùng làm mạch đổi tần nó chỉ làm việc dược từ 7 – 10 MHz, cón dùng trộn tần thì ít nhất nó cũng có thể làm việc được đến 20 MHz. Khi tần số tăng lên, hệ số khuếch đại dòng diện không những giảm mà nó còn biến thành số phức. Nói cách khác khi làm việc ở tần số thấp, dòng điện vào và dòng điện ra là đồng pha hoặc ngược pha đúng 1800, nhưng khi làm việc ở tần số cao xấp xỉ với tần số cắt của transistor thì hiện R3 C2 H 7-10 Mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung tín hiệu ngoại sai đưa vào emitter R2R1 C1 C3 C4 C5 L2 L1 L3 L4 L5 L6 L7 UCC N2N1 N4 N5 N3 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 tượng lệch pha xuất hiện làm dạng sóng méo nghiêm trọng và hệ số khuếch đại giảm rất nhiều. Nếu ta mắc thêm mạch bù tần số vào emitter thì có thể nâng cao tần số làm việc của transistor lên. Nguyên lý mạch bù tần số như sau: Khi tần số làm việc của transistor xấp xỉ với tần số cắt, dòng điện collector chậm pha sau dòng điện base một góc θ (góc θ bằng khoảng 600 khi tần số làm việc bằng tần số cắt), dòng điện trong mạch dao động ngoại sai do dòng collector kích thích vì thế cũng chậm pha so với dòng base, điều đó đưa đến kết quả là không tjỏa mãn điều kiện dao động. Nếu bây giờ đưa vào emitter một tải dung tính để cho dòng chạy qua đó luôn luôn vượt trước điện áp một góc pha và điều chỉnh cho góc pha này vượt trước vừa bằng góc pha chậm sau của dòng collecttor thì điều kiện dao động lại được thỏa mãn. Cụ thể trên hình H7-11 điều chỉnh tụ C3 trong mạch emitter; hoặc bằng cách khách thuận tiện hơn, ta không nối tụ thoát cao tần C3 trực tiếp xuống đất mà nối qua điểm rút đầu ra trên cuộn L1 của mạch vào rồi mới xuống đất, như vậy cũng tương đương như đã mắc vào emitter một tải dung tính như hình H7-12 Trong các máy thu đổi tần, tần số ngoại sai thường cao hơn tần số tín hiệu cho nên đối với dòng điện ngoại sai mạch cộng hưởng vào L1C1 luôn thể hiện là dung tính. Qua việc bù như vậy đối với transistor trước đâu chỉ làm việc trong khoảng từ 7-10MHz thì nay có thể làm việc với tần số lên đến 15MHz. và có khả năng dùng transistor cao tần với tần số cắt không cao để lắp tầng đổi tần ở năng sóng ngắn. Câu hỏi ôn tập cuối chương Câu 1: Nêu nguyên lý trộn tần và các mạch trộn tần cơ bản Câu 2: Trình bày mạch đổi tần dùng điot Câu 3: Vẽ và giải thích mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung, tín hiệu ngoại sai đưa vào base JXC C3 H 7-11 Mạch bù tần số (C3 nối đất) R2 R1 C4 C5 UCC JXC C3 H 7-12 Mạch bù tần số (C3 nối qua cuộn dây mạch vào) R2 R1 C4 C5 UCC Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Câu 4: Vẽ và giải thích mạch đổi tần có bộ ngoại sai chung, tín hiệu ngoại sai đưa vào emitter Câu 5: Vẽ và giải thích mạch đổi tần có bộ ngoại sai riêng, tín hiệu ngoại sai đưa vào base Câu 6: Vẽ và giải thích mạch đổi tần có bộ ngoại sai riêng, tín hiệu ngoại sai đưa vào emitter Câu 7: Vẽ và trình bày nguyên lý mạch bù tần số Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Chương 8 ĐIỀU CHẾ 8.1. Định nghĩa Điều chế là quá trình ghi tin tức vào 1 dao động cao tần để chuyển đi xa nhờ biến đổi một thông số nào đó (ví dụ : biên độ, tần số, góc pha, độ rộng xung...) Tin tức gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là tải tin. Dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Có 2 loại điều chế; điều biên và điều tần (gồm điều tần và điều pha). 8.2. Dạng tín hiệu, phổ và quan hệ năng lượng trong điều biên 8.2.1 Dạng tín hiệu và phổ Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức. Giả sử tin tức sv và tải tin tv đều là dao động điều hòa: tVv sss cos. và tVv ttt cos. với st   Do đó tín hiệu điều biên:   ttVVV tsstdb  coscos tt V V V ts t S t  coscos1          ttmV tst  coscos1 Trong đó: m là hệ số điều chế. Để tín hiệu không bị méo trầm trọng hoặc quá điều chế thì 1m    tVmtVmtVV sttsttttdb   cos 2 cos 2 cos. Dạng của tín hiệu điều biên và phổ của nó như hình vẽ sau: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Phổ tín hiệu điều biên có dạng như hình H8-2. Tuy nhiên nó chỉ là dạng phổ của tín hiệu tin tức là một tần số. Khi điều chế tín hiệu tin tức thường trên một đoạn tần số maxmin ss   thì phổ của tín hiệu điều biên có dạng như hình H8-3 sau: 8.2.2 Quan hệ năng lượng trong điều biên Công suất tải tin là công suất bình quân trong 1 chu kỳ của tải tin: R V dtV TRR V RIP t T t hd hdt 2 sin 1 . 1 . 2 0 22 2 2 ~    2 2 ~ t t V P  Tương tự: t tt bt P mV m Vm P ~ 22 2 2 ~ . 424 1 2 . 2 1        Công suất của tín hiệu đã điều chế biên là công suất bình quân trong một chu kỳ của tín hiệu điều chế:        2 12 2 ~~~~ m PPPP tbttdb m càng lớn thì P~db càng lớn Khi m = 1 và Từ biểu thức biễu diễn quan hệ của điều biên suy ra:  mVV tdb  1max Do đó   22max~ 1 2 1 tVmP  8.3 Các chỉ tiêu cơ bản của dao động đã điều biên 8.3.1 Hệ số méo phi tuyến      st stst I II K      ...32 22  st nI   (n ≥ 2 ): Biên độ dòng điện ứng với hài bậc cao của tín hiệu điều chế. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1  stI   : Biên độ các thành phần biên tần Trong đó: It: biên độ tín hiệu ra Vs : giá trị tức thời của tín hiệu vào 8.3.2 Hệ số méo tần số Phương pháp tính toán mạch điều biên : Hai nguyên tắc xây dựng mạch điều biên : Dùng phần tử phi tuyến cộng tải tin và tín hiệu điều chế trên đặc tuyến của phần tử phi tuyến đó. Dùng phân tử tuyến tính có tham số điều khiển được. Nhân tải tin và tín hiệu điều chế nhờ phân tử tuyến tính đó. 8.3.3 Điều biên dùng phân tử phi tuyến Phần tử phi tuyến được dùng để điều biên có thể là đèn điện tử, bán dẫn, các đèn có khí, cuộn cảm có lõi sắt hoặc điện trở có trị số biến đổi theo điện áp đặt vào. Tùy thuộc vào điểm làm việc được chọn trên đặc tuyến phi tuyến, hàm số đặc trưng của phần tử phi tuyến có thể biểu diễn gần đúng theo chuỗi Taylo khi chế độ làm việc của mạch là chế độ A (θ = 1800) hoặc phân tích theo chuỗi Fourrier khi chế độ làm việc của mạch có góc cắt θ< 1800 ( chế độ AB, B, C) Trường hợp 1: ĐIỀU BIÊN Ở CHẾ ĐỘ A θ=1800 Mạch làm việc chế độ A nếu thỏa mãn điều kiện : A: là giá trị cực đại B: tải tin chưa điều chế Đường đặc tuyến thực không thẳng tạo ra các hài bậc cao không mong muốn. Trong đó đáng lưu ý nhất là các hài  st  2 có thể lọt vào các biên tần mà không thể lọc được. Để giảm K thì phải hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế trong đoạn thẳng của đặc tuyến. lúc đó buộc phải giảm m Gọi : m 0 : hệ số điều chế lớn nhất m : Hệ số điều chế tại tần số đang xét. Hệ số méo tần số được xác định theo biểu thức : m m M 0 Hoặc Mdb = 20lgM Để đánh giá độ méo tần số này, người ta căn cứ vào đặc tuyến biên độ và tần số: cteV Ffm S S   )( Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 0EVV st  Khai triển dòng iD theo Taylor: 33 2 210 DDDD vavavaai  (1) Với : điện áp trên Diode D và trên tải Rt tVtVEv ssttD  coscos0  Thay VD vào biểu thức (1) ta nhận được: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1       ...coscoscoscoscoscos 303 2 0201  tVtVEatVtVEatVtVEai ssttssttssttD  Khai triển Phương trình trên và bỏ qua các số hạng bậc cao n ≥ 4 sẽ có kết quả mà phổ của nó được biểu diễn như hình H8-8. Khi a 3 = a 4 = a 5 =.....a 2n+1 = 0 (n = 1,2,3) nghĩa là đường đặc tính của phần tử phi tuyến là 1 đường cong bậc 2 thì tín hiệu điều biên không bị méo phi tuyến. Để thỏa mãn điều kiện (*) mạch làm việc chế độ A thì m phải nhỏ và hạn chế công suất ra. Chính vì vậy mà người ta rất ít khi dùng điều biên chế độ A. Trường hợp 2: ĐIỀU BIÊN CHẾ ĐỘ AB, B hoặc C θ < 180 o Khi θ < 180o, nếu biên độ điện áp đặc vào diode đủ lớn thì có thể coi đặc tuyến của nó là một đường gấp khúc. Phương trình biểu diễn đặc tuyến của diode lúc đó : 0 00   Dv DD vKhiS vKhii D S : Hỗ dẫn của đặc tuyến Chọn điểm làm việc ban đầu trong khu tắt của Diode (chế độ C). Dòng qua diode là 1 dãy xung hình sine, nên có thể biểu diễn iD theo chuỗi Fourier như sau : Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 tnItItItII iiiIi nnttt nD  cos....3cos2coscos .. 3210 210   (3) I0 : thành phần dòng điện một chiều. I1: biên độ thành phần dòng điện cơ bản đối với tải tin I2, I3, …In: biên độ thành phần dòng điện bậc cao đối với tải tin I0, I1, I2, I3, …In: được tính toán theo biểu thức của chuỗi Fourrier :     0 0 . 1 tdiI tD     0 1 .cos. 2 tdtiI ttD (4) ………………..     0 1 .cos. 2 tdtniI ttDn Theo công thức tính iD ta có thể viết:  tVtVESvSi ttssDD coscos. 0  (5) Khi 00  Dt ithit :   coscos.0 0 tsSD VtVESiS  (6) Lấy 5 – 6   tdt t VS tdVSI tVSi tt t t tttt ttD         .cos.cos 2 2cos1 . 2 .cos).cos(cos. 2 coscos. 0 0 1                        00 sin 4 2sin 2 1.2 t tVS t tt                  2sin 2 1. 2sin 4 1 2 1.2 tt VSVS t VS i t t   cos2sin 2 1. 1        Vậy: t VS i t t   cos2sin 2 1. 1        (7) Ở đây θ được xác định từ biểu thức (6) : t ss t ss V tVE V tVE   cos.cos. cos     (8) Từ biểu thức (7) và (8) biên độ của thành phần dòng điện cơ bản biến thiên theo tín hiệu điều chế (Vs) 8.3.4 Điều biên dùng phân tử tuyến tính có tham số thay đổi Đây là quá trình nhân tín hiệu dùng bộ nhân tương tự. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1   tVtVEv ttssdb  cos..cos0     tVVtVVtVEv ststststttdb   cos. 2 . cos. 2 . cos..0 8.4 Các mạch điều biên cụ thể: 8.4.1 Điều biên cân bằng dùng diode Điện áp đặt lên D1 và D2:      tVtVv tVtVv ttss ttss   cos.cos cos.cos 2 1 (1) Dòng điện qua Diode được biễu diễn theo Taylor       ...... ...... 3 23 2 222102 3 13 2 121101 vavavaai vavavaai (2) Dòng điện ra: 21 iii  (3) Thay (1), (2) vào (3) và chỉ lấy 4 vế đầu ta nhận được biểu thức dòng điện ra:          ttD ttCtBtAi stst ststss     2cos2cos coscos3cos.cos. (4) Trong đó: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1                      2 3 2 2 . 2 32 3 2 2 3 2 3 2 31 t S ts s s ts V VaD VVaC Va B V aVaaVA 8.4.2 Điều biên cân bằng dùng 2 BJT Kết quả cũng tương tự như mạch trên 8.4.3 Mạch điều chế vòng Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Gọi: iI là dòng điện ra của mạch điều chế cần bằng gồm D1, D2 iII là dòng điện ra của mạch điều chế cần bằng gồm D3, D4 Theo công thức (4) ở mục điều chế cân bằng dùng diode ta có biểu thức iI :          stst ststssI tD ttCtBtAi     2cos2cos coscos3cos.cos. Ta có: 43 DDII iii  (1) Trong đó:       ...... ...... 3 43 2 424102 3 33 2 323103 vavavaai vavavaaiD (2) Với v3 và v4 là điện áp đặt lên D3, D4 và được xác định như sau: tVtVv tVtVv sstt sstt   coscos coscos 4 3   (3) Thay (3) vào (2) và sau đó thay vào (1), đồng thời lấy 4 vế đầu ta được kết quả:          stst ststssII tD ttCtBtAi     2cos2cos coscos3cos.cos.     ttCiii ststIIIdb   coscos2 (4) Vậy mạch điều chế vòng có thể khử được các hàm bậc lẻ của s và các biên tần st2 , do đó méo phi tuyến rất nhỏ. 8.5 Điều chế đơn biên: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 8.5.1 Khái niệm. Phổ tín hiệu đã điều biên gồm tải tần và hai dải biên tần, trong đó chỉ có các biên tần mang tin tức. Vì hai dải biên tần mang tin tức như nhau (về biên độ và tần số) nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ thông tin về tin tức, còn tải tần thì được nén trước khi truyền đi. Quá trình đó gọi là điều chế đơn biên. Ưu điểm của điều chế dơn biên so với điều chế hai biên : - Độ rộng dải tần giảm đi một nửa. - Công suất phát xạ yêu cầu thấp hơn với cùng một cự ly thông tin. - Tạp âm đầu thu giảm do dải tần của tín hiệu hẹp hơn, Biểu thức của điều chế đơn biên : t m VtV sttdb )cos(. 2 .)(   m : hệ số nén tải tin, , m có thể nhận giá trị từ 0 → ∞ 8.5.2 Các phương pháp điều chế đơn biên 8.5.2.1 Điều chế theo phương pháp lọc Đặt : ∆f s = f smax - f smin ft1 : tần số của tải tần thứ nhất ft2 : tần số của tải tần thứ hai t ss t s f ff f f x minmax    : hệ số lọc của bộ lọc. Trong sơ đồ khối trên đây, trước tiên ta dùng một tần số dao động ft1 khá nhỏ so với dải tần yêu cầu ft2 để tiến hành điều chế cân bằng tín hiệu vào vs(t). Lúc đó hệ số lọc tăng lên để có thể lọc bỏ được một biên tần dễ dàng. Trên đầu ra bộ lọc thứ nhất sẽ nhận được một tín hiệu có dải phổ bằng dải phổ của tín hiệu vào ∆fs = ftmax - ftmin, nhưng dịch một lượng bằng ft1 trên thang tần số, sau đó đưa đến bộ điều chế cân bằng thứ hai mà trên đầu ra của nó là tín hiệu phổ gồm hai biên tần cách nhau một khoảng ∆f ’ = 2(ft1 + ftmin) sao cho việc lọc lấy một dải biên tần nhờ bộ lọc thứ hai thực hiện một cách dễ dàng. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 8.5.2.2 Điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha Tín hiệu ra của 2 bộ điều chế cân bằng:  ttVttVV ststCBtscbCB )cos()cos( 2 1 cos.cos1    ttVttVV ststCBtscbCB )cos()cos( 2 1 cos.cos2   Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Hiệu của hai điện áp sẽ có biên tần trên tVVVV stCBCBCBDB )cos(.21   Tổng của hai điện áp sẽ có biên tần dưới tVVVV stCBCBCBDB )cos(.21   Sơ đồ thực hiện điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha 8.6 Điều tần và điều pha 8.6.1 Quan hệ giữa điều tần và điều pha Ta có: td d   (1) Với tải tin là dao động điều hòa: )(cos.)cos(.)( 0 tVtVtv ttt   (2) Từ (1) ta rút ra:   t tdttt 0 )().()(  (3) Thay (3) vào (2), ta được         t t tdttVtv 0 )().(cos.)(  (4) Giả sử tín hiệu điều chế là đơn âm tVv sss cos. (5) Khi điều tần và điều pha thì )(t và )(t được xác định theo các biểu thức: tVKt ssdtt  cos..)(  (6) tVKt ssdf  cos..)( 0  (7) )(t : tần số trung tâm của tín hiệu điều tần. msdt VK . : Lượng di tần cực đại Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 msdf VK . : Lượng di pha cực đại tt smt  cos.)(  (8) tt sm  cos.)( 0  (9) Khi điều tần thì góc pha đầu không đổi, do đó 0)(  t Thay (8), (9) vào 4 và tích phân lên ta nhận được:          0sincos)(    ttVtv s s m ttdt (10) Tương tự thay )(t trong (9) vào (4) và cho ctet  )( ta có:  0sincos)(   ttVtv smttdf (11) Lượng di pha đạt đựoc khi điều pha: tsm  cos Tương tự lượng di tần: t dt d ssm    sin   Lượng di tần cực đại đạt được khi điều pha: sdfsms VK ..  (12) Lượng di tần cực đại đạt được khi điều tần: sdt VK . (13) Từ (12) và (13) ta thấy rằng: điểm khác nhau cơ bản giữa điều tần và điều pha là: - Lượng di tần khi điều pha tỉ lệ với Vs và s - Lượng di tần khi điều tần tỉ lệ với Vs Từ đó ta có thể lập được hai sơ đồ khối minh họa cho điều tần và điều pha: 8.6.2 Phổ của dao động đã điều tần và điều pha. Trong biểu thức (10), cho 00  , đặt f s m M    : gọ là hệ số điều tần, ta có biểu thức điều tần:  0sincos   tMtVv sfttdt Tương tự ta có biểu thức của dao động điều pha:  0sincos   tMtVv sttdf Trong đó: mM  Thông thường tín hiệu điều chế là tín hiệu bất kỳ gồm nhiều thành phần tần số. Lúc đó tín hiệu điều chế tần số và điều chế pha có thể biễu diễn tổng quát theo công thức: )cos(cos(. 1 isi m i ittdt tMtVV     Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Phổ của tín hiệu điều tần gồm có tất cả các thành phần tần số tổ hợp:    m i siit t 1  Với i là một số hữu tỉ:  i 8.6.3 Mạch điều tần và điều pha 8.6.3.1 Điều tần dùng Diode biến dung: L, Cv tạo thành khung cộng hưởng dao động của một mạch dao động C1: tụ ngăn DC C2 : tụ thoát cao tần để ổn định phân cực cho Cv RFC : cuộn cản cao tần R1: trở ngăn cách giữa mạch cộng hưởng và nguồn cung cấp khi R1 thay đổi ( VPC thay đổi ( Cv thay đổi theo làm cho tần số cộng hưởng riêng vLC f 2 1  của khung cộng hưởng LCv thay đổi, dẫn đến quá trình điều tần. 8.6.3.2 Điều pha theo Amstrong Tải tin từ thạch anh đưa đến bộ điều biên 1 (ĐB1) và điều biên 2 (ĐB2) lệch pha 900, còn tín hiệu điều chế vs đưa đến hai mạch điều biên ngược pha. Điện áp ra trên hai bộ điều pha :   2 )cos()cos(cos. cos)cos1( 1111 ttmVtV ttmVv ststttttstdb       2 )sin()sin(sin. sin)cos1( 2222 ttmVtV ttmVv ststttttstdb     Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 Đồ thị véc tơ của tín hiệu 1dbV và 2dbV và véc tơ tổng của chúng 21 dbdb VVV  là một dao động được điều chế pha và biên độ. Điều biên ở đây là điều biên ký sinh. Để hạn chế điều biên ký sinh →chọn ∆ϕ nhỏ (∆ϕ< 0,35) 3.4.3.3 Điều tần dùng Transistor điện kháng Phần tử điện kháng : dung tích hoặc cảm tính có trị số biến thiên theo điện áp điều chế đặt trên nó được mắc song song với hệ dao động của bộ dao động làm cho tần số dao động thay đổi theo tín hiệu điều chế. Phân tử điện kháng được thực hiện nhờ một mạch di pha trong mạch hồi tiếp của BJT. Có 4 cách mắc phân tử điện kháng như hình vẽ. Với mạch phân áp RC ta tính được: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1 CBEC BE IVSI VS V I V Z  .( . luôn luôn cùng pha với VBE) Cj Cj R Cj R Cj VS V Z     . 1 . 1 . 1 . 1 ..     Nếu chọn R Cj   1 (hợp lý vì Cj 1 tương ứng với VBE; R tương ứng với VCB) tdL LjjX S CRj    Với S RC Ltd  Tham số của điện kháng tương đương phụ thuộc vào độ hỗ dẫn S của BJT. Điều tần dùng phân tử điện kháng có thể đạt được lượng di tần tương đối là tf f khoảng 2% Sơ đồ bộ tạo dao động điều tần bằng phần tử điện kháng phân áp RC : Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. - 131 - T1 BJT điện kháng T2 BJT dao động Câu hỏi ôn tập cuối chương: Câu 1: Trình bày khái niệm về điều chế, công thức, dạng tín hiệu điều chế và phổ của tín hiệu điều chế biên độ đầy đủ Câu 2: Trình bày các chỉ tiêu cơ bản của dao động đã điều biên và phương pháp tính toán mạch điều biên Câu 3: Vẽ mạch, công thức tính, dạng tín hiệu và phổ của mạch điều chế biên độ chế độ A Câu 4: Vẽ mạch, công thức tính, dạng tín hiệu của mạch điều chế biên độ chế độ AB, B, hoặc C Câu 5: Vẽ mạch điều biên cân bằng dùng diode và mạch điều biên cân bằng dùng BJT, công thức tính, và phổ của mạch điều biên cân bằng. Câu 6: Vẽ mạch điều biên vòng dùng diode, dạng phổ và công thức tính và đặc điểm của mạch điều biên vòng. Câu 7: Khái niệm về điều chế đơn biên. Trình bày sơ đồ khối và phổ của mạch điều chế dơn biên bằng phương pháp lọc. Câu 8: Trình bày nguyên lúy điều chế dơn biên bằng phương pháp quay pha. Câu 9: Điều tần, điều pha là gì? Trình bày quan hệ giữa điều tần và điều pha và dạng phổ của dao động đã điều tần và điều pha. Câu 10: Trình bày mạch điều tần dùng diode biến dung (varicap) Câu 11: Trình bày mạch điều tần dùng Transistor điện kháng Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. - 132 - Chương 9 TÁCH SÓNG 9.1. Khái niệm Tách sóng là quá trình tìm lại tín hiệu điều chế. Tín hiệu sau khi tách sóng phải giống tín hiệu điều chế ban đầu. Thực tế tín hiệu điều chế vs sau khi qua điều chế và qua kênh truyền sóng đưa đến bộ tách sóng đã bị méo dạng thành v’s. Do méo phi tuyến trong bộ tách sóng nên sau khi tách sóng ta lại nhận được tín hiệu v’’s khác với v’s. do đó v’’s khác vs ban đầu. Vì vậy chống méo phi tuyến là một trong những yêu cầu cơ bản của quá trình tách sóng. 9.2. Tách sóng biên độ 9.2.1. Các tham số cơ bản 9.2.1.1. Hệ số tách sóng Tín hiệu vào của bộ tách sóng là tín hiệu đã điều biên : tVttVv tZttvTSvTS  coscos).(  Trong đó VvST(t) : biến thiên theo qui luật tin tức. Tín hiệu ra bộ tách sóng: )(.)( tVKtV vTSTSvST  với:  )( )( tV tV K vTS rTS TS hệ số tỉ lệ và được gọi là hệ số tách sóng. )(tVrTS , )(tVvTS gồm có hai thành phần một chiều và xoay chiều biến thiên chậm theo thời gian: SrTS vVtV '')( 0 SvTS vVtV '''')( 0 Chỉ cần quan tâm đến thành phần biến thiên chậm (mang tin tức) → hệ số tách sóng: S S TS v v K ' ''  v’s và v’’S là điện áp vào và ra của bộ tách sóng KTS càng lớn thì hiệu quả tách sóng càng cao. Nếu KTS = Const thì v’’S tỉ lệ v’S và bộ tách sóng không gây méo phi tuyến, gọi là bộ tách sóng tuyến tính. 9.2.1.2. Trở kháng vào của bộ tách sóng vTS vTS vTS I V Z  Thông thường dòng và áp lệch pha → ZvTS là một số phức. 9.2.1.3. Méo phi tuyến Hệ số méo phi tuyến : ZS ZSZS I II K ...23 2 2  IZS, I2ZS, I3ZS…. biên độ thành phần cơ bản và các hài của tín hiệu điều chế. Ta không quan tâm đến các dòng điện cao tần (tải tần và hai bậc cao của nó), vì trong mạch điện bộ tách sóng có thể dễ dàng lọc bỏ các thành phần này. 9.2.2. Mạch điện bộ tách sóng biên độ 9.2.2.1. Mạch tách sóng biên độ bằng mạch chỉnh lưu Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. - 133 - Ta phân tích và tính toán đối với sơ đồ tách sóng nối tiếp. Khi tín hiệu vào lớn thì đặc tuyến Volt – Ampe của diode:       00 0. D DD D v vvS i (1) )( CdbDD vvSSvi  (2) Với: tVttmVv tdbtSTdb  coscos)cos1(  (3) Khi  tt thì iD = 0, Thay vào biểu thức (3) ta có:  Cdb vVS  cos0 (4) → Góc dẫn điện của diode: db C V v cos (4’) Khai triển iD theo chuỗi Fourrier: tnItItIIi tnttD  cos...2coscos 210  (5) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. - 134 - Trong đó                          0 0 1 0 0 cos 2 cos 2 1 ttdniI ttdiI tdiI ttDn ttD tD (6) Tính bằng cách thay thế dần ta được:    cossin . 0  dbVSI (7)    sin . 1  dbVSI (8) Từ dòng một chiều I0 ta tính được điện áp trên tải:    cossin . . 0  dbC V SR IRv (9) Thay (9) vào (4’), ta được     cossin . cos  SR (10) SR tg .    (11) Từ (11) ta suy ra : Góc điện dẫn θ chỉ phụ thuộc vào tham số mạch điện (S, R) mà không phụ thuộc vào tín hiệu vào. Do đó tách sóng tín hiệu lớn là tách sóng không gây méo phi tuyến. Chú ý : phổ của dòng điện iD gồm có các thánh phần : một chiều, ttStSt n   ,,, . Thông thường St   do đó các thành phần ttStSt nva   ,,, được loại bỏ dễ dàng nhờ mạch lọc thông thấp. Chỉ còn thành phần hữu ích: tmSVi St cosS  Để tránh méo, trước khi tách sóng cần phải khuếch đại để tín hiệu đủ lớn để đảm bảo chế độ tách sóng tuyến tính. CR. là hằng số thời gian phóng nạp của tụ điện. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. - 135 - Để điện áp ra tải gần với dạng đường bao của điện áp cao tần ở đầu vào, ta phải chọn CR. đủ lớn. Tuy nhiên, nếu chọn C quá lớn thì điện áp ra không biến thiên kịp với biên độ điện áp vào gây ra méo tín hiệu. Tổng quát ta chọn St RC  11  Trong hai sơ đồ trên, sơ đồ tách sóng nối tiếp có điện trở vào lớn hơn sơ đồ tách sóng song song. Ngoài ra, trên tải của sơ đồ tách sóng song song còn có điện áp cao tần, do đó phải dùng bộ lọc để lọc nó. Vì những lý do trên nên sơ đồ tách sóng song song chỉ được dùng trong trường hợp cần ngăn thành phần một chiều từ tầng trước đưa đến. 9.2.2.2 Tách sóng biên độ dùng phân tử tuyến tính tham số   ttmVv tStdB  coscos1 và   tdBrttt vKvvtVv  cos             t tm VKtm VK v t S tS t r 2cos 2 cos1 .coscos1 2 . 2 2 Dùng mạch lọc thông thấp có thể tách ra thành phần hữu ích:    coscos1 2 . ' 2 tm VK V S t S  Nhận xét : Trong phổ điện áp ra không có thành phần tải tần Muốn tách được tín hiệu thì sóng vt phải có tần số bằng tần số tải tin của tín hiệu đã điều biên Biên độ điện áp đầu ra phụ thuộc vào góc pha  với  là góc lệch pha giữa tín hiệu cần tách sóng và tải tin phụ. Khi SV '0  cực đại, khi 0' 2  SV   Bộ tách sóng vừa có tính chọn lọc về biên độ, vừa có chọn lọc về pha gọi là bộ tách sóng biên độ pha Để tách sóng có hiệu quả cần phải đồng bộ tín hiệu vào và tải tin phụ về tần số và góc lệch pha. Bộ tách sóng này còn có tên gọi là bộ tách sóng đồng bộ. 9.2.3 Hiện tượng phách và hiện tượng chèn ép trong tách sóng biên độ Đó là hiện tượng tương ứng với trường hợp trên đầu vào bộ tách sóng biên độ có hai dao động cao tần: tín hiệu và nhiễu. 9.2.3.1 Hiện tượng phách Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. - 136 -  cos21 1 2 2 1 2 2 1 V V V V VKVKV TSvTSTSrTS (*) Vậy điện áp biến thiên theo tín hiệu  gọi là hiện tượng phách. 9.2.3.2 Hiện tượng chèn ép Trường hợp hai dao động cao tần tác động đồng thời lên bộ tách sóng có biên độ chênh lệch nhau nhiều gọi là hiện tượng chèn ép. Tín hiệu lớn chèn tín hiệu bé, biểu hiện tính chọn lọc theo biên độ của bộ tách sóng. Chẳng hạn với biểu thức (*) ở trên ta thấy khi biên độ tín hiệu V1 >> so với biên độ nhiễu V2 thì lượng 2 1 2 2 V V và cos2 1 2 V V nhỏ, nghĩa là tác dụng chọn lọc của bộ tách sóng biên độ rất có lợi trong trường hợp này. 9.3 Tách sóng tín hiệu điều tần 9.3.1 Khái niệm Tách sóng tín hiệu điều tần là quá trình biến đổi độ lệch tần số tức thời của tín hiệu thành biến thiên điện áp đầu ra. Tín hiệu : tVv 111 cos Nhiễu : tVv 222 cos  )(cos)(21 tttVVVV t   Xem 1V đứng yên thì 2V quay quanh 0’ với vận tốc 12   . Vì 1V , 2V có tần số không cố định nên biên độ vectơ tổng không cố định. Áp dụng hệ thức lượng trong tam giác thường:   cos21cos2)( 1 2 2 1 2 2 121 2 2 2 1 V V V V VVVVVtV       cos sin )( 21 2 VV V arctgt Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đặc tuyến truyền đạt của bộ tách sóng biểu diễn quan hệ giữa điện áp ra và lượng biến thiên của tần số ở đầu vào. Để hạn chế méo phi tuyến, phải chọn điểm làm việc trong phạm vi tương đối thẳng của đặc tuyến truyền đạt. (đoạn AB). Hệ số truyền đạt của bộ tách sóng là độ dốc lớn nhất trong khu vực làm việc của đặc tuyến truyền đạt. 0   f fd dv S Sf Tách sóng tần số và tách sóng pha thường được thực hiện theo một trong những nguyên tắc sau đây : 1. Biến tín hiệu điều tần hoặc điều pha thành tín hiệu điều biên rồi tách sóng biên độ. 2. Biến điều tần thành điều rộng xung rồi tách sóng nhờ mạch tích phân. 3. Làm cho tần số của một bộ dao động bám theo tần số tín hiệu điều tần nhờ hệ thống vòng giữ pha PLL, điện áp sai số chính là điện áp cần tách sóng. 9.3.2 Mạch điện bộ tách sóng tần số 9.3.2.1 Mạch tách sóng pha cân bằng dùng diode (DISCRIMINATOR) Gồm hai mạch tách sóng biên độ dùng diode ghép với nhau. Biểu thức của tín hiệu điều pha và một dao động chuẩn được biễu diễn:   )(cos)(cos 1101011 tVttVvdb   )(cos)cos( 2202022 tVtVvch   Điện áp đặt trên hai bộ tách sóng biên độ: (Diode D1, D2)   )cos()(cos 02022010111   tVttVvD   )cos()(cos 02022010112   tVttVvD Áp dụng hệ thức lượng trong tam giác thường ta tính được điện áp ra trên hai tải R,C: )(cos2..)( 21 2 2 2 1111 tVVVVKvKvtV TSDTSSR  )(cos2..)( 21 2 2 2 1222 tVVVVKvKvtV TSDTSSR  KTS: Hệ số truyền đạt của bộ tách sóng biên độ: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. t S TS mV V K   t : Hiệu pha của hai điện áp vào: 02010201 )()()(   ttt Điện áp ra trên bộ tách sóng:  )(cos2)(cos2 21222121222121 tVVVVtVVVVKvvv TSSSS   → vs: phụ thuộc vào hiệu pha của tín hiệu điều pha và tín hiệu chuẩn. Trường hợp Sv 02010201 ;  phụ thuộc vào )(t + Sv đạt cực đại ...4,2,0   + Sv đạt cực tiểu ...5,3,   + 0Sv 2 )12(    n (với n = 0, 1, 2…) 9.3.2.2 Bộ tách sóng tần số dùng mạch lệch cộng hưởng Mạch cộng hưởng 1: cộng hưởng ở tần số 1 Mạch cộng hưởng 2: cộng hưởng ở tần số 2 Gọi t 0 là tần số trung tâm 001   002   Biên độ V1, V2 thay đổi phụ thuộc vào sự sai lệch tần số  so với tần số cộng hưởng riêng của mạch 1 và 2( ), 21  nghĩa là biến thiên theo điện áp vào: 11 .. ZVKV dtm K: hệ số qui đổi cho đúng thứ nguyên hai vế ,   1 K 21 .. ZVKV dtm m: hệ số ghép biến áp: L M m  Z1, Z2 : trở kháng của hai mạch cộng hưởng 1 và 2. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 2 0 1 2 1 1 1 1 )(1)(2 1               tdtd R Q R Z 2 0 2 2 2 2 2 2 )(1)(2 1               tdtd R Q R Z Rtd1, Rtd2: trở kháng của mạch cộng hưởng 1 và 2 tại tần số cộng hưởng 1 và 2 Q1 , Q2 : hệ số phẩm chất. Chọn hai mạch cộng hưởng như nhau: QQQRR tdtd  2121 ; 0 2,10 0 2      Q : độ lệch tần số tương đối giữa tần số cộng hưởng riêng của mạch điện và tần số trung bình của tín hiệu vào. 0 0 2      Q : độ lệch tần số tương đối giữa tần số của tín hiệu vào và tần số trung bình Khi tìn hiệu  vào thay đổi thì  thay đổi 21,ZZ thay đổi 21,VV thay đổi Nghĩa là quá trình biến đổi điều tần thành tín hiệu điều biên. Sau khi qua hai bộ tách sóng (D,R) → ta nhận được các điện áp ra:  20 1 11 1 ....    tddtTSTSS R VmKVKv  20 2 22 1 ....    tddtTSTSS R VmKVKv Điện áp ra tổng: ),(.... 021 dttdTSSSS VRmKvvv  Trong đó: 2 0 2 0 0 )(1 1 )(1 1 ),(       0max   khi Khi 2 0 0 41 1 1     Khi 01 41 1 2 0 0      Độ dốc của đặc tuyến truyền đạt được xác định: 0 ),( .. 0 0       d d VmK ffd dv S dtTS S f  2 3 2 0 0 0 1 2 . ...     f VRmK S tdtdTSf (*) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Vậy Sf phụ thuộc vào 0 . đạo hàm (*) theo 0 và xét cực trị ta thấy maxrr SS  khi 2 1 0  . Vậy muốn hệ số truyền đạt cực đại phải chọn lệch tần 0 theo điều kiện sau đây: QQ 000 0 . 22 1 2    Nhược điểm của mạch tách sóng cộng hưởng: khó điều chỉnh cho hai mạch cộng hưởng hoàn toàn đối xứng nên ít được dùng. Câu hỏi ôn tập cuối chương: Câu 1: Trình bày khái niệm, các tham số cơ bản của mạch tách sóng biên độ. Câu 2: Trình bày sơ đồ mạch điện, dạng tín hiệu vào, ra công thức tính và dạng tín hiệu theo thời gian trước và sau tách sóng của mạch tách sóng biên độ bằng mạch chỉnh lưu. Câu 3: Hiện tượng Phách và hiện tượng chèn ép trong tách sóng biên độ là gì? Câu 4: Trình bày khái niệm và mạch tách sóng pha cân bằng dùng Diode. Câu 5: Trình bày khái niệm và mạch tách sóng tần số dùng mạch lệch cộng hưởng. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.