Kỹ thuật mạch điện tử - Chương 12 pps

Thực tế, tín hiệu điều chế w, sau khi qua điều chế và qua kênh truyền dua đến bộ tách sóng đã bị méo dạng thành ¿` Do méo phi tuyến trong bộ tách sóng, nên sau khi tách sống ta lại nhận

CHUONG 12 TACH SONG

12.1 Khái niệm về tách sóng

Tách sóng là quá trình tìm lại tín hiệu điều chế Tín hiệu sau khi tách sóng phải giống dạng tín hiệu điều chế ban đầu Thực tế, tín hiệu điều chế w, sau khi qua điều chế và qua kênh truyền dua đến bộ tách sóng đã bị méo dạng thành ¿` Do méo phi tuyến trong

bộ tách sóng, nên sau khi tách sống ta lại nhận được uy khác dạng với Như vậy tín

hiệu thu được sau tách sóng thường khác với dạng tín hiệu nguyên thủy (tin tức) u, Vì vậy một trong những yêu cầu cơ bản đối với quá trình tách sống là yêu cầu về méo phi tuyến Tương ứng với các loại điều chế, người ta cũng phân biệt các loại tách sóng sau đây: tách sóng biên độ và tách sống tần số

Thực tế, đối với quá trình tách sóng chỉ cần quan tâm đến các thành phần biến thiên chậm (mang tin tức) mà thôi, do đó thường xác định hệ số tách sống như sau:

Hệ số tách sóng càng lớn thì hiệu quả tách sóng càng lớn Nếu trong quá trình tách

sóng Xrs = const, nghĩa là Xrs chỉ phụ thuộc vào mạch tách sóng mà không phụ thuộc vào biên độ điện áp vào thì ¿", tỷ lệ với z'., do đó điện áp ra bộ tách sóng biến thiên cùng quy luật với biên độ điện áp vào Lúc đó bộ tách sóng không gây méo phi tuyến và được gọi là,

bộ tách sóng tuyến tính

2 Trỏ kháng uào của bộ tách sóng Trở kháng vào bộ tách sóng là tỈ số giữa biên độ

điện áp cao tần và biên độ dòng điện cao tần đặt vào bộ tách sóng

._ Trị số của Zvrs cho biết mức độ ảnh hưởng của bộ tách sóng đến nguồn tín hiệu vào Thông thường, giữa dòng điện vào ¿„ và điện áp vào u„,, có dịch pha, do đó Zr; là một số phức, ta có

ŸVis Øvrs t+ JOvts

Ws

^^ ^^

trong đó ï,„., I„„„; lần lượt là biên độ thành phần dòng điện bậc nhất, bậc hai,

của tín hiệu điều chế

Ỏ đây không cần quan tâm đến các dòng điện cao tần (tải tần và hài bậc cao của nó),

vì trong mạch điện bộ tách sóng có thể dé dàng lọc bỏ các thành phần này

Nếu tín hiệu vào đủ lớn sao cho diot làm việc trong đoạn tương đối thẳng của đặc

tuyến và đặc tuyến của điot có thể coi là một đường gấp khúc như trên hình 12.2a thi ta cd quá trình /ớch sóng tín hiệu lớn Lúc đó quan hệ volt—ampe của điot được biểu điễn bởi phương trình (12.3):

287

Hinh 12.L Sơ đồ tách sóng biên độ bằng mạch chỉnh lưu:

a) tách sóng nối tiếp; b) tách sóng song song

Sau đây ta sẽ phân tích và tính toán sơ đồ tách sóng nối tiếp rồi từ đó suy rộng ra

cho sơ đồ tách sống song song

Theo hình 12.1ø và theo biểu thức (12.3) ta viết được biểu thức dòng điện qua điot:

với Ugy = UO + mcosw,t)cosw,t hoặc uạy = Uycosw,t (12.5)

^^ m™

Thay biéu thức (12.5) vào (12.4) ta cd:

Mat ki.ac, vi đồng qua “ot 14 mét day xung hinh sin (hinh 12.2), nén co thé khai

trién i, theo chudi Furier nhw sau: "

ip = 1, + I,cosw,t + I,cos2u,t + + I,cosnw t+ ., (12.11)

288

-trong đó, theo chuối Purier, ta tính được:

điện Ø chỉ phụ thuộc vào tham số

cha mach dién (S,R) ma khong “e

phụ thuộc tín hiệu vào Do đó có

thể kết luận: tách sơng tín hiệu

lớn là tách sóng không gây méo

l=—x—.l= ~ø”> và biểu Tình 123 9 thị thời sian điên á a ote Ea aE soy acs tie

thức dòng qua điot (của mạch inh 123 Dồ thị thời gian điện áp ra ue trên tải bộ tách sóng nồi tiếp tách sóng) viết dưới dạng chuỗi Furier cho trường hợp @ = 90°:

^ _1ạn

in = SG + seosoj _ 2 > " a cos2nw,t)

hay thay (12.6) vào, ta có:

in = SU, + meosw t) {= + goose t —Z 2) Frwy coset ` (12.16)

Từ (12.16) nhận thấy rằng: Phổ của dòng điện ¿_ gồm có các thành phần: mộtchiều; W505 0, + wo; nw, + w, Thong thường ø, >>xo, nên các thanh phanw; w,

nw, + w, duge lọc bỏ dễ dàng nhờ một mạch lọc thong thấp, chỉ còn lại thành phần hữu

ich: i, = ———coswt Một lần nữa lại thấy rằng tách sóng tín hiệu lớn không gây méo VÌ

vậy trước khi tách sóng, cần phải khuếch đại sao cho tín hiệu đủ lớn để đảm bảo chế độ tách sóng tuyến tính

Trong các sơ đồ trên hình 12.1 phải chọn hằng số thời gian r = Re đủ lớn sao cho

+ w, va

Ue

{ (

dạng điện áp ra tái gần với dạng hình bao của điện áp cao tần ở đầu vào Thông thường, biên độ điện áp vào lớn hơn 1V hiệu dụng và # > F, RE, thì có thể tách sóng được điện áp đỉnh Tuy nhiên cũng không được chọn r quá lớn để tránh méo do điện dung tải gây ra Diều kiện tổng quát để chọn r:

12.4) Để tránh hiện tượng này phải chọn trị số tụ C sao cho tốc độ biến thiên của điện áp

ra u, tối thiểu bằng tốc độ biến thiên của biên độ điện áp vào trong thời gian phóng của tụ

.bất đẳng thức (12.17) Thực tế, thường chon RC theo điều kiện (12.23)

Muốn dễ dàng thỏa mãn (12.23), phải đâm bao , 2 1000,,,

Trong hai sơ đồ trên hình

12.1, sơ đồ tách sóng nối tiếp có

R dién tré vao (R, = 3) lớn hơn

điện trở vào của sơ đồ tách sóng

R song song (R, = aC Ngoài ra,

song còn có điện áp cao tần, do đó 4

phải đùng bộ lọc để lọc bỏ nó Vì cv tte

những lý do đó, nên sơ.đồ tách — Hình 125 Sơ đồ tách sóng song song ghép với tải tầng trước sống song song chỉ được dùng (ngăn điện áp một chiều đưa ra tải tách sóng)

trong trường hợp cần ngăn thành

phan một chiều từ tầng trước đưa đến (hình 12.5)

9 T6ch sóng biên độ dùng phần từ tuyến tỉnh tham số Để làm vì dụ, xét bộ tách sóng

biên độ dùng mạch nhân tương tự trên hình 12.6 Trên đầu vào thứ nhất của mạch nhân có tín hiệu cần tách sống:

Trên đầu vào thứ hai đặt vào một tải tin:

— Muốn tách sớng được, điện áp u, đặt ở

đầu vào thứ hai của mạch nhân phải có tần SỐ

bằng tần số tải tin của tín hiệu đã điều biên

& — Biên độ điện áp đầu ra bộ tách sóng phụ

thuộc vào góc pha ø, với ọ là góc lệch pha giữa

tín hiệu cần tách sống và tải tin phụ Khi g

= 0; x, biên độ cực đại; khi p = ‘bien độ

pha Nói cách khác, đớ là bộ ¿ách sóng biên độ — pha Do đó, để tách sống có hiệu quả, cần

phải đồng bộ tín hiệu vào và tải tin phụ cả về tần số và về pha Vì vậy, bộ tách sóng này còn có tên gọi là bộ ¿ách sóng đồng bộ

So với bộ tách sóng dùng diot thi tach sóng dong bộ chứa Ít thành phần tổ hợp ở đầu

ra hơn

Trên hình 12.7làmộtvíÍ dụ về bộ tách sóng đồng bộ được chế tạo dưới dạng vi mạch

Nó được dùng để tách sóng tín hiệu hình trong máy thu hình Khi tách sóng tín hiệu hình, cần đặc biệt lưu ý đến méo phi tuyến, vÌ tải tần màu 4,43MHz và tải tần đường tiếng ð,5MHz trộn với nhau tạo ra các tần số 1,07MHz và các hài n 1,07MHz sé gay nhiễu cho đường hình Mạch tách sóng này có thể loại bỏ các nhiễu do

Đầu vào bộ tách sóng là tải tin đường hình đã được điều biên Phổ của nó được biểu điễn bởi biểu thức tổng quát của nó là

an

(gồm tải tin và một biên tần trên)

trong đó, Dy - tan s6 tai tin;

w, - tan sé diéu ché;

m -hé36 diéu ché

Tin hiéu vao u, g được đồng thời đưa đến bộ hạn biên và bộ chuyển mạch Qua bộ hạn

biên và mạch lọc thông dải sẽ tách ra được tải tần chưa điều chế:

^

K- hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của bộ hạn biên và bộ lọc

mạch sao cho điện áp vào uy

hoặc được truyền hoàn toàn đến

đầu ra chuyển mạch hoặc bị ngắt

theo đúng nhịp của tải tần Như œø )

vậy đầu ra bộ chuyển mạch có Lêy 2

1 3 u,(t) = UipS2 => A G,, {1 + mcosw.t + g£os2, ví +

1 + mcos(2øy + w,)t - grcos(2ø ~ ằœ.)# (12.810)

Khi dùng hàm 6,(2), điện áp ra ngoài thành phần mong muốn œ, còn có các thành

phần một chiều; tải tần Ors biên tần trên của nó Or + w,; ham bac 2 của tải tần 20, cing

với các biên tần 201, + œ, Nếu dùng hàm S„,(), điện áp ra không chứa tải tần Wp va bién tan trén 0y + 0, Các thành phần còn lại có biên độ lớn gấp đôi so với trường hợp dùng S,() Trong cả hai trường hợp, dùng bộ lọc thông thấp ở đầu ra dễ dàng lọc bỏ được các thành phần không mong muốn

Hình 12.7ö cho một ví dụ về vi mach (A240, TDA440) làm việc theo nguyên tắc vừa

- nêu: điện áp vào ø, , dua đến bộ khuếch đại tải emito gdm T,, T;, sau dd d&n bộ khuếch đại

_vi sai Tạ, Tạ 7, đóng vai trò métngudn dong Dién 4p ra trén R, va R, cha b6 khuéch dai vi

sai được hạn chế biên độ nhờ các diot D, va D, D, va D, mac song song với mạch cộng hưởng L,C; nhằm lọc bỏ các hài bậc cao, lấy ra tai tần chưa điều chế Uigo đưa vào tầng

khuếch đại tải emito TT; rồi đến bộ chuyển mạch gồm Tp + T¡¿- Bộ khuếch đại vi sai Ta; T¡¿ làm nhiệm vụ khuếch đại Ug: Nhờ các điện trở Ryo, Ry, mắc trong mạch emito, để mở

rộng phạm vi làm việc tuyến tính của mạch Hai bộ khuếch đại vi sai T;7 và T;ạT,¡ được

điều khiển bởi tải tin chưa điều chế Ugo đưa từ bộ hạn biên đến VÌ biên độ Uigo khá lớn,

nên các bộ khuếch đại vi sai này làm việc ở chế độ khóa 7;„ là nguồn dòng Nguyên lý làm

việc của tầng chuyển mạch được minh họa bởi sơ đồ tương đương trên hình 12.9

1

Hình 129 Sơ đồ tương đương tầng chuyền mạch của bộ tách ging biên độ trên hình 12/7 _

Do mác chéo colecto của Ty va Tyo, nén tang chuyén mach co ham truyén dat S,(¢)

của một dãy xung chữ nhật có cực tính thay đổi như biểu diễn trên hình 12.8

Điện 4p ra u(t) lay trén Ry khong đối xứng Hạ áp trên #, không được dùng đến, do _ đớ thực tế khéng can mac R, trong mạch Khi thay đổi chiết áp R„„ thì dong điện của

nguồn dòng 7¿ thay đổi, nhờ đớ có thể thay đổi được mức trắng của tín hiệu video

12.2.3 Hiện tượng phách và hiện tượng chèn ép trong bộ tách sóng biên độ Trường hợp trên đầu vào bộ tách sóng biên độ có hai dao động cảo tần (tín hiệu và

295.

thiếu) thì trong bộ tách sóng xảy ra hiện tượng phách và hiện tượng chèn ép

1 Hiện tượng phách Giả thiết các điện áp đặt vào bộ tách sóng biên độ:

^ u,= U,cosw if

uy = Õ;eoso.t

Do đớ điện áp tổng:

iP = (0 + 02(Ð = )cosfo,t + @()]

VÌ u, và u; có tần số không cố định, nên biên độ

của véc tơ tổng không cố định Tại một thời điểm bất kỳ

ta có véc tơ tổng # như trên hình 12.10 Nếu coi ứ) đứng

yên, thì z„ quay quanh Ú' với vận tốc góc w,, do đó

Aw = w, — w, Ap đụng hệ thức lượng trong tam giác

VÌ bộ tách sóng biên độ không có phản ứng đối với ce

_ pha của điện áp đặt vào, nên để xét kết quả ra trên bộ tách sớng không cần quan tâm đến

Nếu giả thiết bộ tách sóng không có quán tính đối với tần số hiệu Aœ nghĩa là Awa >> R

thì điện áp ra trên tải bộ tách sống theo định nghĩa:

Oars = KrsOyrs = Kr

= K,UVv1+—2 +2—cos(Awt) (12.32)

Như vậy, điện áp ra biến thiên theo tần số hiéu Aw De la hién tugng phach

Hiện tượng phách được ứng đụng trong điện báo đẳng biên Tín hiệu báo đẳng biên sau khi tách sống là điện áp một chiều, đo đó nó không cớ tác dụng đối với tai nghe VÌ vậy

để tách sóng tín hiệu điện báo đẳng biên có tần số œ¡, còn đưa thêm tin hiệu ngoại sai có tần số œ; vào bộ tách sóng sao cho Àø = œ; — œ¡ nằm trong phạm ví âm tần để tai ta có

^ ^

Nếu giả thiết U, << Ú; thìx << 1

Áp dụng biểu thức gần đúng, ta viết lại biểu thức (12.32) như sau:

vig 1? ñy nên Krs, >> Xạs;, nghia là khi trên đầu vào bộ tách sóng biên độ có

hai dao động cao tần biên độ khác nhau nhiều thì trong quá trình tách sóng cớ hiện tượng

tín hiệu lớn chèn ép tín biệu bé Hiện tượng này biểu hiện tính chọn lọc theo biên độ của

bộ tách sóng Vậy khi nhiễu có biên độ nhỏ hơn nhiều so với biên độ tín hiệu hữu Ích thì rõ ràng tác dụng chọn lọc rất cớ lợi Tuy nhiên khi tín hiệu nhỏ hơn nhiễu, phải chú ý nâng cao mức tín hiệu để tránh hiện tượng tín hiệu bị nhiễu chèn ép

12.3 Tách sóng tín hiệu đơn biên

Túách sóng tín biệu điều chế đơn biên thường được thực hiện nhờ mạch điều chế vòng Tín hiệu đơn biên với tần số: ø, + œ, đặt lên một đầu vào của mạch điều chế vòng, tải tin

phụ với tần số œ, được tạo ra ở đầu thu được đưa đến đầu vào thứ hai của mạch Trên đầu

ra mạch điều chế vòng là tín hiệu có tần số: œ, và 20, + œ, Nhờ một mạch lọc thông thấp

lấy ra được thành phần mong muốn với tần số œ Vấn đề chính ở đây là việc tạo ra tải tin phụ ở đầu thu sao cho tần số của nó hoàn toàn đồng bộ với tần số của tải tin đầu phát (trước điều chế) Dể làm điều đơ, thường người ta lọc lấy tài tin đã bị nén trong tín hiệu hữu ích đã thu được, rồi khuếch đại và hạn biên để cớ tải tin đủ lớn đem cộng trực tiếp với tín hiệu đơn biên hoặc đưa đến bộ tao tai tin phụ ở đầu thu để thực hiện đồng bộ

12.4 Tách sóng tín hiệu điều tần

12.4.1 Khái niệm

Tích sóng tín hiệu điều tần là quá trình biến đổi độ lệch tần số tức thời của tín hiệu

đã điều tần so với tần số trung bình thành biến thiên điện áp ở đầu ra

Dặc trưng cho quan hệ biến đổi đó là đặc tuyến truyền đạt của bộ tách sóng Đó là đường biểu diễn quan hệ giữa điện áp ra và lượng biến thiên tần số ở đầu vào (hình 12.11)

Để hạn chế méo phi tuyến, phải chọn điểm làm việc trong phạm vỉ tương đối thẳng của đặc tuyến truyền đạt (đoạn AB trên đặc tuyến hình 12.11) Hệ số truyền đạt của bộ tách sóng

là độ dốc lớn nhất (trong khu vực làm việc) của đặc tuyến truyền đạt Theo hình 12.11 ta xác

297