Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng kỹ thuật nối tiếp tín hiệu điều biên p1 doc

Như vậy khi điều chế đơn âm phổ của tín hiệu điều biên AM có ba thành phần: Tải tin có tần hai dao động biên có tần như hình 1-2,a.. Quan hệ năng lượng trong điều biên: Trong tín hiệu

CHƯƠNG 1 ĐIỀU BIÊN (AM: Amplitude modulation)

I Phổ của tín hiệu điều biên:

Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức

ta có:

Tải tin là dao động cao tần:

Từ (1-1) và (1-2) ta được tín hiệu điều biên có dạng:

1 mcos tcos t  1.3 V

t cos t cos V

V 1 V

t cos t cos V V t V

0 0

0 0

0

0 0

AM









































Trong đó:

0 V

V

điều chế “m” phải thỏa mãn điều kiện m  1 Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng điều chế và tín hiệu méo trầm trọng (hình 1-1)

thức:

 1.4 V

V

V V 2

V V 2

V V V

V m

min max

min max min

max

min max











Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng kỹ

thuật nối tiếp tín hiệu điều biên

Khi m = 1 ta có Vmax = 2V0 và Vmin = 0

Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta có:

2

mV t cos

2

mV t cos V

0 0 0

0

t

0 t

0

- 3

- 2

- 1 0 1 2 3

t

m < 1

- 4

- 3

- 2

- 1 0 1 2 3 4

t

m = 1

- 6

- 4

- 2 0 2 4 6

t

m > 1

Như vậy khi điều chế đơn âm phổ của tín hiệu điều biên AM có ba thành phần: Tải tin có tần

hai dao động biên có tần

như hình 1-2,a Khi

m=1 thì

2

V

Nếu ta điều chế

sẽ có phổ của tín hiệu AM như hình 1-2,c

Ta thấy ngoài tải

có hai biên tần: biên tần

biên tần dưới có tần số từ

đối xứng qua tải tin

Thực chất phổ của các dao động hai biên không đồng điều nhau mà càng

hình chữ nhật lý tưởng

II Quan hệ năng lượng trong điều biên:

Trong tín hiệu đã điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còn công suất biên tần là công suất hữu ích

2 0







0

0

0

0

Hình 1-2 Phổ của rín hiệu AM

2

 Công suất biên tần:

2

m P P

P P

7 1 2

m P R 2

1 2

mV P

P

2 bt

bt bt

2

L

2 0 bt

bt

0 0

0

0 0

0





















































Khi điều chế sâu (100%): m = 1 thì

2

P

bt



 2 L

2 2

0 max

R 2

m 1 V P

0 





Vậy công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế:

1.12

2

m 1 P 2

m P P P P P

2 bt





















1.15

1 m 2 1

2

m 1 P 2

m P P

P k

2 2

2

AM bt

0 0



























Khi điều chế sâu nhất m = 1 thì

3

1

bằng một phần ba tổng công suất phát đi

Trong thực tế để tín hiệu không méo m = 0,7  0,8 thì

3

1

nhược điểm của tín hiệu AM so với tín hiệu điều biên (SSB)

III Các chỉ tiêu cơ bản của dao động đã điều biên:

1 Hệ số méo phi tuyến:

     











0

0 0

I

I I

k

2 3 2

2

I(t  ns) (n  2) là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hài bậc cao của tín hiệu điều chế;

I(t  s) là biên độ các thành phần biên tần

Để đặc trưng cho méo phi tuyến trong mạch điều khiển, người ta dùng đặc tuyến điều chế tĩnh (hình 1.3) Đặc tuyến điều chế tĩnh cho biết quan hệ giữa biên độ tín hiệu ra và giá trị tức thời của tín hiệu điều chế ở đầu vào

Dạng tổng quát của đặc tuyến điều chế tĩnh được biểu diễn trên hình 1-3

Đường đặc tuyến điều chế tĩnh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A

Đặc tuyến điều chế tĩnh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi của biên độ dao động cao tần đầu ra so với giá trị ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với trị tức thời của điện áp điều chế Do đó trên đầu ra thiết bị điều biên, ngoài các thành phần hữu ích (các biên tần), còn có các thành phần bậc cao không mong

vào các biên tần mà không thể lọc được

Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế trong đoạn đường thẳng của đặc tuyến điều chế tĩnh Lúc đó buộc phải giảm độ sâu điều chế

A

B

C

U

I0

Hình 1-3: Đặc tuyến điều chế tĩnh

A–Giá trị cực đại; B–Tải tin chưa điều chế

2 Hệ số méo tần số:

Để đánh giá độ méo tần số, ngươì ta căn cứ vào đặc tuyến biên độ – tần số:

Hệ số méo tần số được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

m – hệ số điều chế tại tần số đang xét;

Méo tần số xuất hiện chủ yếu trong các tầng khuyếch đại âm tần (khuyếch đại tín hiệu điều chế), nhưng cũng có thể xuất hiện trong các tầng điều chế và sau điều chế, khi mạch lọc đầu ra của các tầng này không đảm bảo băng thông cho

IV Phương pháp tính toán mạch điều biên:

Các mạch điều biên được xây dựng dựa vào hai nguyên tắc sau đây:

phần tử phi tuyến đó

điều chế nhờ phần tử phi tuyến đó

1 Điều biên dùng phần tử phi tuyến:

Các 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

m

Tùy thuộc vào điểm làm việc được chọn trên đặc tuyến phi tuyến, hàm số đặc trưng cho phần tử phi tuyến, có thể biểu diễn gần đúng theo chuỗi Taylor khi

pháp tính toán cho hai trường hợp đó như sau:

Giả thiết mạch điều biên dùng Diode (hình 1-5) Nếu các tín hiệu vào

tuyến (diode) xung quanh điểm làm việc được biểu diễn theo chuỗi Taylor:

Khai triển (1.18) và bỏ qua các số hạng bậc cao n  4 sẽ có kết quả mà phổ của nó được biểu diễn trên hình 1.6 Phổ của tín hiệu ra trong trường hợp này gồm thành phần phổ mong muốn Các thành phần phụ bằng không khí

Nghĩa là nếu đường đặc tính của phần tử phi tuyến là một đường cong bậc hai thì tín hiệu đã điều biên không có méo phi tuyến Phần tử phi tuyến có đặc tính gần với dạng lý tưởng (bậc 2) là FET

Để thỏa mãn điều kiện (1.18), tải tin và tín hiệu điều chế phải có biên độ bé, nghĩa là phải hạn chế công suất ra Vì lý do đó, rất ít dùng điều biên chế độ A

Hình 1.6 Phổ của tín hiệu điều biên khi mạch làm việc ở chế độ A







0

0



0



0



0



0

0

0



0

0





t

t

0

Hình 1.5 Điều biên ở chế độ A a) Mạch điện dùng Diode; b) Đặt tuyến của Diode

b a)

D

b) Trường hợp 2:  < 180 0

tuyến của nó là một đường gấp khúc (hình 1-7) Phương trình biểu diễn đặt tuyến của diode trong trường hợp này như sau:

S: hỗ dẫn của đặc tuyến diode Chọn điểm làm việc ban đầu trong khu tắc của diode (ứng với chế độ C) Vì dòng qua diode là một dãy xung hình sin (hình 1-7b), nên có thể biểu diễn iD theo chuỗi Fourier như sau: ID = I0 + i1 + i2 +…+ in +…= Io + I1cos0t + I2cos20t + + Incosn0t (1.21) Trong đó: 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 (hài bậc cao) đối với tải tin; I0, I1, I2,…, In được tính toán theo các biểu thức xác định hệ số của chuỗi Furier: 1.22 t td n cos i n I

t td cos i 2 I t d i 1 I 0 0 0 D n 0 0 0 D 1 0 D 0                              Theo biểu thức (1.20): iD = SuD = S(E + U cos t + U0cos0t) (1.23) 0 khi uD  0 ID = (1.20) SuD khi uD >0

Khi 0t =  thì ID = 0 (hình 2-6), do đó ta có:

Lấy (2-22) trừ (2-23) ta có :

Biểu thức (1.25) là một dạng khác của (1.23), nó biểu diễn sự phụ thuộc

Do đó trị tức thời của thành phần cơ bản:

Ơû đây  xác định được từ biểu hức (1-24)

1 26 

2 sin

2

1

SU

t

td cos ) cos

t (cos

SU

2

I

t 0

0 0 0

t 1







































U

t cos

U

E cos

0



 a)



t cos

2 sin

2

1

SU

















