TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ CÓ BĂNG THÔNG HOẠT ĐỘNG TỪ 10 KHZ ĐẾN 12 KHZ Giảng viên hướng dẫn Nhóm s.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THÔNG TIN DI ĐỘNG
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ CÓ BĂNG THÔNG
201724052017285720172835
Hà Nội, 12-2021
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Thế giới ngày càng phát triển, đặc biệt là trong lĩnh vực khoa học công nghệ để đápứng nhu cầu ngày càng cao của con người Một trong những thành tựu của khoa họcđược áp dụng phổ biến hiện nay đó là hệ thống truyền phát, trao đổi thông tin
Hệ thống thông tin là hệ thống được xây dựng lên nhằm mục đích truyền tin tức từbên phát đến bên thu Tin tức trong hệ thống truyền thông tin có dải tần số rất đa dạngtương ứng với những ứng dụng cụ thể Trong một hệ thống truyền phát thông tin córất nhiều bộ phận khác nhau, và một trong những bộ phận đóng vai tròng quan trọngnhất phải kể đến đó là bộ lọc thông dải (cho qua một dải tần số nào đó) Mạch lọctương tự thì gồm mạch lọc thụ động và mạch lọc tích cực Trong đề tài này ta muốnlọc dải tần số từ 10 – 12 (KHz) nên ta chọn mạch lọc tích cực do những ưu điểm vượttrội so với mạch lọc thụ động Trong mạch lọc tích cực gồm nhiều loại, trong đó để cóthể lọc dải băng thông như yêu cầu thì ta cần sử dụng mạch lọc thông dải băng hẹp(hay mạch lọc thông dải đa hổi tiếp)
Để nắm rõ hơn về cách thức hoạt động và cách thiết kế của bộ lọc thông dải băng hẹp,nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài thiết kế và mô phỏng bộ lọc thông dảibăng hẹp trong dải 10 – 12 (KHz)
Qua đây, nhóm chúng em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Văn Đức đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài này
Trang 3MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ 5
1 Mạch lọc tần số 5
2 Mạch lọc thụ động 6
3 Mạch lọc tích cực 9
3.1 Mạch lọc thông thấp bậc 1 9
3.2 Mạch lọc thông cao bậc 1 11
3.3 Mạch lọc thông dải 13
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT MẠCH LỌC THÔNG DẢI BĂNG RỘNG 10 – 12 (KHZ) 17
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH LỌC THÔNG DẢI BĂNG RỘNG 10 – 12 (KHZ) 18
1 Thiết kế 18
2 Mô phỏng 18
KẾT LUẬN 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO 21
DANH MỤC HÌNH ẢN
Trang 4Hình 1 1 Mạch lọc thông cao (a) và thông thấp (b) 7
Hình 1 2 Một số mạch lọc thụ động thường gặp 10
Hình 1 3 Mạch lọc thông thấp bậc 1 11
Hình 1 4 Mạch lọc thông thấp bậc 1 khuếch đại không đảo 12
Hình 1 5 Mạch lọc thông cao bậc 1 13
Hình 1 6 Mạch lọc thông cao bậc 1 khác 14
Hình 1 7 Đáp ứng tần số mạch lọc thông dải 15
Hình 1 8 Mạch lọc thông dải băng rộng 16
Hình 1 9 Đáp ứng tần số mạch lọc thông dải băng rộng 17
Hình 1 10 Mạch lọc thông dải băng hẹp 17
Hình 1 11 Đáp ứng tần số mạch lọc thông dải băng hẹp 18
Y Hình 3 1 Mô phỏng mạch lọc thông dải trên Multisim 21
Hình 3 2 Kết quả mô phỏng mạch 21
Hình 3 3 Kết quả mô phỏng mạch từ bảng số liệu 22
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH LỌC TƯƠNG TỰ
Trang 51 Mạch lọc tần số
Mạch lọc tần số là mạch chọn lọc lấy tín hiệu trong một hay một số khoảng tần sốnào đó còn các tín hiệu ở tần số khác thì bị loại trừ Các bộ lọc hiện nay được ứngdụng rất rộng rãi trong các hệ thống viễn thông và truyền dẫn dữ liệu Bộ lọc đượcdùng để lọc nhiễu, chia tách kênh trong các hệ thống ghép kênh, lựa chọn dải thông,lọc bỏ các hài không cần thiết
Nếu phân chia theo dải tần số thì có các loại mạch lọc sau:
• Mạch lọc thông thấp
Mạch lọc thông thấp cho qua các tần số từ 0 tới f c và chặn tất cả các tần số từ f c
trở lên và f c gọi là tần số cắt của mạch
• Mạch lọc thông cao
Mạch lọc thông cao chặn tất cả các tần số từ 0 tới f c và cho qua tất cả các tần số
từ tần số cắt f c trở đi
• Mạch lọc thông dải
Mạch lọc thông dải cho qua các tần số nằm trong khoảng từ f 1 tới f 2 và chặn tất
cả các tần số nằm ngoài dải này
Độ rộng của dải thông được tính bằng B = f 2 – f 1 , tần số trung tâm fo = √ f1.f2
• Mạch lọc chặn dải
Mạch lọc chặn dải cho qua các tần số nằm trong khoảng nhỏ hơn f 1 và
Trang 6lớn hơn f 2 , và chặn tất cả các tần số nằm trong khoảng (f 2 – f 1) Độ rộng của dải chặn
Hình 1 1 Mạch lọc thông cao (a) và thông thấp (b)
Để tính tần số cắt của các mạch lọc này dùng công thức chia áp, với mạch lọc thông cao hình (a) ta có:
Trang 7Làm tương tự ta có được tần số cắt của mạch lọc thông thấp Với 2 mạch lọc bậc 1này ta cần chú ý nhưng điểm sau:
- Khi kết nối liên tiếp các khâu lọc này thành chuỗi dẫn đến đáp ứng tần số, độdốc của đặc tuyến tần số sẽ tăng thêm 20dB/D mỗi khâu lọc
- Tín hiệu vào và ra của lọc thông thấp và thông cao sẽ lệch pha nhau
Mạch lọc thụ động có hệ số truyền đạt K(w)<1, các mạch này hầu hết làm việc ởtần số cao ( >1MHz) vì ở khu vực tần số thấp các mạch này có kết cấu nặng nề và hệ
số phẩm chất giảm
Một số mạch lọc thụ động thường gặp và đặc tuyến truyền đạt của chúng:
Trang 8Hình 1 2 Một số mạch lọc thụ động thường gặp
Trang 93 Mạch lọc tích cực
Mạch lọc thụ động RLC có độ suy giảm lớn, công kềnh và khó chế tạo dưới dạng
IC ở dải tần thấp Với tần số nhỏ hơn vài trăm KHz thường dùng mạch lọc RC kết hợpvới các phần tử tích cực (BJT, Op-Amp) gọi là mạch lọc tích cực Mạch lọc tích cực
có các ưu điểm so với mạch lọc thụ động như:
- Linh hoạt trong xây dựng và thiết kế
- Sử dụng tốt ở dải tần thấp do không có cuộn cảm nên kinh tế và gọn nhẹ
- Các ứng dụng tần số thấp tới 1Hz
- Trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ nên có chức năng làm bộ đệm
- Có khả năng khuếch đại nên tín hiệu vào không bị suy giảm như mạch lọc thụđộng
jωCωCC)
Vậy hệ số khuếch đại điện áp của mạch
Trang 10+ Khi tần số lên cao thì |Ku| giảm dần mạch lọc thông thấp
+ Tần số cắt là tần số tại đó |Ku| giảm 2 lần Nhìn vào công thức trên ta có tần số
B3: Tính giá trị R từ công thức tần số cắt ở trên.
- Ngoài ra còn dùng mạch sau đây để làm mạch lọc thông thấp bậc 1 Đây làmạch khuếch đại không đảo nhưng do không có điện trở nối đất ở đầu vào (cửađảo) nên hệ số khuếch đại bằng +1 Thường chọn Rf =R để giảm dòng lệchkhông
Trang 11Hình 1 4 Mạch lọc thông thấp bậc 1 khuếch đại không đảo
Trang 12- Hệ số khuếch đại áp của mạch sẽ tăng khi tần số tăng
- Tần số cắt C là tần số tại đó Ku giảm 2 lần Dựa vào công thức trên ta tìmđược: ωC 1
Trang 13Độ lợi: A V=V0
V i=
R f R− jωC 1ωCC
=
R f R
Mạch lọc thông dải là mạch mà tín hiệu đầu ra chỉ có một dải tần giới hạn nào
đó trong toàn bộ dải tần của tín hiệu đầu vào Có 2 dạng sơ đồ mạch lọc thông dải cơbản: Thông dải băng rộng và thông dải băng hẹp
Giá trị hệ số phẩm chất là đại lượng cho tính chọn lọc của mạch lọc, Q càng cao, tínhchọn lọc dải tần càng cao
Nếu giá trị của hệ số phẩm chất nhỏ hơn 10 (Q<10) thì băng thông rộng và hệ sốphẩm chất lơn hơn 10 (Q>10) thì là bộ lọc băng thông hẹp
Hình 1 7 Đáp ứng tần số mạch lọc thông dải
Trang 14Mạch lọc thông dải băng rộng
- Để tạo một mạch thông dải băng thông rộng thường dùng mạch lọc thông cao vàthông thấp mắc nối tiếp với nhau nhưng phải thoả mãn điều kiện tần số cắt 2 củamạch lọc thông thấp phải lớn hơn tần số cắt 1 của mạch lọc thông cao
Trang 15Đáp ứng tần số:
Hình 1 9 Đáp ứng tần số mạch lọc thông dải băng rộng
Mạch lọc thông dải băng hẹp
Nếu giá trị của hệ số chất lượng lớn hơn 10 (Q>10) thì băng thông hẹp và băngthông của băng thông cũng nhỏ hơn Bộ lọc thông dải này được gọi là Bộ lọc thôngdải hẹp
Nó chỉ sử dụng một thành phần hoạt động (op-amp) thay vì hai thành phần và op-ampnày ở cấu hình đảo ngược Trong bộ lọc này, độ lợi của op-amp là cực đại ở tần sốtrung tâm fc
Nó bao gồm hai đường phản hồi, vì nhiều đường phản hồi này nên nó còn được gọi là'Mạch thông dải đa phản hồi' Giá trị hệ số chất lượng tăng tối đa lên đến 20
Có thể sử dụng dạng mạch sau:
Hình 1 10 Mạch lọc thông dải băng hẹp
Trang 16Q: hệ số phẩm chất
Af : Hệ số khuếch đại lớn nhấtĐáp ứng tần số:
Hình 1 11 Đáp ứng tần số mạch lọc thông dải băng hẹp
Trang 17CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT MẠCH LỌC THÔNG DẢI BĂNG
Ta chọn mạch lọc thông dải tích cực băng rộng để thực hiện yêu cầu của đề tài
Ta lựa chọn sơ đồ mạch đơn giản: ghép nối giữa 2 bộ lọc thông cao và thông thấp đểtạo thành
Trang 18Khối thông cao:
Trang 194 Mô phỏng
Sử dụng phần mềm NI Multisim để mô phỏng và đánh giá kết quả
Hình 3 1 Mô phỏng mạch lọc thông dải trên Multisim
Kết quả
Hình 3 2 Kết quả mô phỏng mạch
Trang 20Hình 3 3 Kết quả mô phỏng mạch từ bảng số liệu
KẾT LUẬN
Bộ lọc thông dải là một trong những thành phần không thể thiếu được trong hệ thốngthông tin Bộ lọc này đảm bảo thông tin được phát hoặc thu trong một dải tần nhấtđịnh, là một trong những bước quan trọng để giảm nhiễu của các thành phần tần sốkhác và tiết kiệm được năng lượng
Phần tìm hiểu và thiết kế về mạch lọc thông dải giúp nhóm chúng em tiếp nhận đượcthêm những kiến thức, đặc biệt là biết thiết kế và mô phỏng cũng như những đặc tínhquan trọng của mạch lọc thông dải Chắc hẳn phần tìm hiểu của nhóm em vẫn cònnhững hạn chế và thiếu sót, rất mong được sự góp ý từ Thầy để chúng em hoàn thiệnhơn đề tài Một lần nữa nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy!
Trang 21TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Kĩ thuật mạch điện tử (Phạm Minh Hà)
[2] https://www.electronicshub.org/active-band-pass-filter/#Narrow_Band_Pass_Filter
[3] https://www.changpuak.ch/electronics/Narrow_Bandpass_2.php
[4] tuong-tu-hot