Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng kỹ thuật nối tiếp tín hiệu điều biên p6 docx

+ Zaa’ và Zbb’ phải tương đương với điện cảm để tạo thành mạch dao động 3 điểm C Clapp có độ ổn định cao.. Các mạch điều pha: a Điều chế pha theo Amstrong: Tín hiệu tải tin được tạo ra

+ L1, L2, L3, L7, L’1, L’2, L’3, L’7 là các cuộn chặn cho điện áp điều chế V qua, không cho điện áp cao tần Vo qua

+ Zaa’ và Zbb’ phải tương đương với điện cảm để tạo thành mạch dao động 3 điểm

C (Clapp) có độ ổn định cao

+ AFC: hệ số tự động điều chỉnh tần số

 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ hình 3-15 tương tự sơ đồ hình 3-13, chỉ khác là các Varicap được mắc thành từng cặp đẩy kéo

Hình 3-15: Sơ đồ đổi tần đẩy kéo dùng Varicap

CCE

C4

C6

C5

C’5

C’6

C’4

C’2

C’3

C’1

L’3

L’2

R’1

+VPC2

L’4 L’5

L’7 L’8

C’CE V

Tới AFC

+VCC

L2

L3

L5

AFC

R’2

R1

-VPC1

L7

R2

L4

L6

L8

L1

+VCC

 Sau đổi tần ta thu được tần số trung gian: 0 = 01 - 02

  = 1 - 2 = 15% 0 và méo phi tuyến  = 1%

Để tần số trung gian 0 khá cao thì 01 và 02 phải rất cao, do đó ta cần có hệ thống AFC để tự động điều chỉnh tần 01 và 02 đảm bảo yêu cầu về độ ổn định đã cho

2 Các mạch điều pha:

a) Điều chế pha theo Amstrong:

Tín hiệu tải tin

được tạo ra từ bộ dao

động thạch anh (để có độ

ổn định tần số cao), được

đưa tới hai bộ điều biên

(ĐB1 và ĐB2) lệch pha

nhau 900 Còn tín hiệu

điều chế âm tần V được

đưa đến hai mạch điều

biên ngược pha Điện áp

ra trên hai bộ điều biên

sẽ là:

Đồ thị vector của VAM và VAM2 và Vector V = VPM được biểu diễn trên hình 3-17

VAM1 = V01(1 + mcost) cos0t

= V01cos0t + V01 cos(0t + ) + cos(0t - )t (3.28)

VAM2 = V02(1 + mcost) cos0t

= V02cos0t + V02 sin(0t + ) + sin(0t - )t (3.29)

m

2

m

2

Dao động

1

ĐB

2

Di pha

900

Tổng

Hình 3-16: Điều chế pha theo Amstrong

V

mV01 V01 VAM1

VAM2

mV02

V02





V

V

V

0

Hình 3-17: Đồ thị vector của tín hiệu điều pha Amstrong

Từ đồ thị ta thấy rằng tổng các

dao động đã điều biên V = VAM1 +

VAM2 là một dao động điều chế về pha

và biên độ Điều biên ở đây là điều

biên ký sinh Mạch có nhược điểm là

độ di pha nhỏ Để hạn chế mức điều

biên ký sinh, chọn  nhỏ Để có điều

biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì   0,35

Mặc khác sau bộ điều pha ta có thể đặt

bộ hạn chế biên độ để loại bỏ điều

biên ký sinh

Do gây ra điều biên ký sinh

và độ di pha nhỏ ( nhỏ) nên

phương pháp này ít được sử dụng

b) Mạch điều chế pha dùng mạch lọc:

Trong hình 3-18 bộ điều chế pha được thực hiện bởi 3 mắc lọc là ba mạch cộng hưởng dao động giống nhau, được điều chỉnh cộng hưởng bởi Varicap

Khi V thay đổi, CV thay đổi, dẫn tới tần số cộng hưởng f0 thay đổi nên trở kháng tương đương của mạch cộng hưởng thay đổi theo:

ZK = (3.30)

Trong đó: RK = , Q = = , 0 =

RK 2

1+jQ 0

L

Cr

1

Cr



V

1

Hình 3-18: Điều chế pha dùng mạch lọc

VPM

V

VCC

Lch

R1

R2

 =  - 0 và 0 +   20

Góc pha của trở kháng tương đương được xác định theo biểu thức:

Rõ ràng khi V thay đổi thì  thay đổi, do góc pha  biến thiên một lượng tương ứng Do ZKcũng biến thiên theo  nên mạch này có điều biên ký sinh Nếu chọn các mạch cộng hưởng lọc LC hợp lý (mỗi mắc lọc di pha 600), có thể làm cho đặt tuyến  = f(V) tuyến tính hơn, do đó đạt được lượng di pha tương đối lớn  =  và méo phi tuyến nhỏ   1%

Trên hình 3-19 Các tụ ghép C để ngăn điện áp một chiều và cho điện áp cao tần đi qua; Các tụ thoát C’ để ngăn điện áp một chiều và điện áp cao tần, chỉ cho điện áp âm tần V đi qua Do đó C’ >> C Một dạng điều chế pha khác:

Trong sơ đồ, R1 làm giảm bớt biên độ đa cao tần Vo R2, R3, R4, R5, R6 để tạo phân cực ngược cho Varicap V1, V2 Để V2 phân cực ngược thì R3 >> R4 Các tụ

C ngăn điện áp một chiều, cho tín hiệu cao tần qua C’ ngăn điện áp một chiều và tín hiệu cao tần, chỉ cho tín hiệu âm tần qua nên C’ >> C

Các phần tử điện kháng tạo thành một mạng 4 cực di pha như hình 3.19b Dưới tác dụng của điện áp điều chế V thì CV1 và CV2 sẽ thay đổi Mặc dù sự thay đổi của điện dung là nhỏ nhưng do biên độ của hệ số truyền đạt thay đổi không đáng kể nên sự thay đổi pha có thể đạt tới  7%

Trong thực tế, các mạch điều pha thường được dùng kết hợp với mạch tích phân để thực hiện điều tần gián tiếp Mạch điều tần gián tiếp so với mạch điều tần trực tiếp thì lượng di tần nhỏ hơn vì  nhỏ, nhưng có độ ổn

 = arctg (3.30) - 2Q

0

Hình 3-19: Điều pha bằng mạch di pha hai cửa

VPM

+Vpc

V

V0

Lch

C’

C2

C

C

R3

V2

L1

C2

V

VPM V0

R6

định tần số trung tâm cao, vì có thể dùng thạch anh trong tầng dao động Để

độ di tần lớn ta phải mắc thêm một số tầng Naha như hình 3-34

2 Ổn định tần số trung tâm của tín hiệu điều tần:

Trong máy phát điều tần, nếu tần số trung tâm không ổn định thì nó trực

tiếp làm méo và làm sai lệch tín hiệu điều chế vì tín hiệu chứa đựng trong độ di

tần vì vậy chúng ta phải đưa ra các biện pháp ổn định tần số trung tâm f0

a) Điều tần trực tiếp bằng thạch anh:

Cho thạch anh dao động ở tần số cộng hưởng riêng q = const Thay đổi Cp

theo điện áp điều chế V , ta sẽ tạo ra độ di tần: V = p - q = Cp/2Cp

Thay đổi Cp bằng

cách thay đổi điện dung

tiếp giáp của đèn điện tử,

Transistor hoặc FET; mắc

Varicap hay đèn điện

kháng song song với thạch

anh Nhưng do độ di tần

tương đối nhỏ (/0 

0,01) nên điều tần trực tiếp

bằng thạch anh chỉ được sử

dụng trong các máy phát

thoại quốc tế (f  6 KHz)

b) Sử dụng thạch anh dùng bộ tạo dao động để 0 = const Sau đó dùng bộ điều

chế pha để tạo tín hiệu điều tần Khi đó ta đạt được độ méo phi tuyến nhỏ

(1%), nhưng độ di tần vẫn còn khá nhỏ Vì vậy phương pháp này chỉ dùng

trong các máy phát thoại quốc tế có độ di tần nhỏ (f  6KHz) và độ méo phi

tuyến nhỏ (  1%)

c) Trong bộ điều tần sử dụng các nguồn cung cấp được ổn ịnh và được bù nhiệt

bởi các điện trở hoặc các linh kiện có hệ s61 nhiệt âm (khi nhiệt độ tăng thì C

Mạch nhân tần bậc n

Mạch trộn tần Mạch nhân tần bậc n

Mạch trộn tần

Bộ điều tần gián tiếp

Mạch nhân tần bậc n-1

Dao động

thạch anh

nf0  n2f

f0  nf

nf0  nf

f0  f

f0

nf0  n2f

Hình 3-20: sơ đồ khối dùng mạch nhân tần để nâng

cao độ di tần

CP

CP

Lq

Rq

Hình 3-21: Sơ đồ tương đương

của thạch anh

giảm, R giảm) Vì khi điện áp nguồn cung cấp thay đổi, làm điện dung ký sinh của Transistor thay đổi, dẫn tới làm tần số cộng hưởng trung tâm thay đổi theo Hoặc khi điện áp phân cực cho Varicap thay đổi , làm điện dung CV thay đổi Nhưng phương pháp này chỉ ổn định được tần số trung tâm f0 khi nhiệt độ thay đổi, còn khi nhiệt độ ghép hay điện trở tải thay đổi thì f0 vẫn thay đổi

d) Hạ thấp tần số

trung gian của

bộ điều tần để

nâng cao độ ổn

định tần số

(hình 3-22) Khi

đó độ bất ổn

định tần số của

tín hiệu sẽ là:

+ f0 , 0 là tần số cộng hưởng riêng của thạch anh và độ bất ổn định của nó (010-6)

+ ftg, tg là tần số cộng hưởng của mạch dao động LC và độ bất ổn định của nó (tg10-3)

 Nếu ta chọn ftg << f0 thì (ftg/f0 ) << 1 nên   0 nghĩa là mạch sẽ có độ ổn định tần số gần bằng độ ổn định của thạch anh mà độ di tần vẫn lớn

e) Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số (AFG)

Để có độ di tần lớn ta phải dùng bộ tạo dao động bằng LC Nhưng khi đó độ mất ổn định sẽ lớn (LC  10-3) Vì vậy ta phải dùng hệ thống AFC để ổn định tần số trung tâm

 Bộ dao động thạch anh tạo ra ftg có độ ổn định cao ( 10-6)

 = 0 + tg (3.31) ftg

f0

Khuếch đại

Lọc thông thấp

Tách sóng tần số

thạch anh

Dao động

LC f0

VĐC

V

Hình 3-23: điều tần có AFC

 Nguyên lý hoạt động:

- Nếu do VCC thay đổi hay T0 thay đổi làm cho f0 thay đổi dẫn tới fra thay đổi (fra= f0  (fSS) Tần số ra fra được đưa vào bộ đổi tần để so sánh với tần số chuẩn fTA

- Bộ đổi tần dùng để hạ thấp fra để dễ tách sóng

- Ở đầu ra bộ đổi tần cũng có mạch lọc để chỉ giữ lại thành phần tần số trung gian

ftg = fa - fTA = f0  (fSS - fTA

- Bộ tách sóng được điều chỉnh cộng hưởng tại:

ftgo = f0 - fTA

Do đó:

+ Nếu ftg = ftgo thì VTS = 0, do đó VĐC = 0, nghĩa là f0 = const;

+ Nếu ftg = ftgo  fSS thì ở đầu ra bộ tách sóng có VTS = f(fSS)

- Mặc khác khi điện áp điều chế V thay đổi thì fra cũng thay đổi: fra = f0  f Nếu ta thiết kế bộ lọc thông thấp sao cho chỉ cho qua các thành phần tần số biến thiên chậm: f = 0  20 Hz thì VĐC chỉ thay đổi tỷ lệ với tần số trung tâm

- VĐC sau bộ lọc thông thấp tác động Varicap làm cho fra thay đổi về đúng tần số trung tâm f0 (fra  f0)

VĐC

A

fcòn

fđầu

B f

fss

VĐS 0

0

Hình 3-24:

a) Đặc tuyến tách sóng VTS = f (fss)

b) Đặc tuyến điều chỉnh fĐC = f (VĐC);

c) Đặc tuyến tách sóng sau khi điều chỉnh

Nếu đem xếp chồng đặc tuyến (hình 3-24a và b) ta thu được đặc tuyến sau điều chỉnh fcòn = f(VĐC) Nghĩa là nhờ hệ thống AFC mà sai số ban đầu fđầu giảm xuống còn fcòn:

Hệ số điều chỉnh của AFC:

KAFC = fđầu / fcòn = 1+ STS SĐC (3.32)

STS , SĐC là độ dốc của đặc tuyến tách sóng và đặc tuyến điều chỉnh

 Độ bất ổn định của sơ đồ này là:

Trong đó:

- fTA / fTA: là độ bất ổn định tần số của thạch anh thường rất nhỏ ( 10-6)

- fTS / ftg: là độ bất ổn định tương đối của bộ tách sóng Để giảm nhỏ nó ta cần phải ổn định các tham số của bộ tách sóng Mặc khác ta chọn ftg << fra để tỷ số

ftg / fra giảm

- fđầu / fra: độ bất ổn định tương đối ban đầu của máy phát ( 10-3)

Như vậy để fcòn / fra nhỏ thì kAFC phải rất lớn Trong thực tế kAFC  100 vì còn phụ thuộc hằng số thời gian của mạch lọc thông thấp

IV Ví dụ minh họa

1 Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 90Mhz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 15Khz Hệ số tỷ lệ k = 1Khz/V (a) Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế

(b) Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế

Giải:

a) Ta có: mf =



 kV

10

* 15

5

* 1000

3 

= + fTS +fTA

= + + (3.33)

fcòn

fra

1 fra

fđầu

kAFC

fđầu

fra

1 fra

fTS

fra

ftg

fra

fTA

fTA

fTA

fra

- Biểu thức của tín hiệu điều chế:

V = 5 cos (2 15*103) t

- Biểu thức của tín hiệu điều tần:

VFM (t) = 5 cos [ (2*90*106 ) t + 0.3 sin (2*15*103) t]

b) Mô phỏng dạng tín hiệu điều tần:

fc=90*10^6;fm=15*10^3;

T=1/fc;

t=0:T/20:10*T;

VFM(t)=5*cos(2*pi*fc*t+.3*sin(2*pi*fm*t));

plot(t,VFM(t))

title('DC-FM')

2 Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 25Khz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 1000Hz Hệ số tỷ lệ k = 2.5Hz/V

a Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (PM)

b Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế (PM)

Giải:

a Ta có: mp = k*V = 2.5*5 = 12.5

- Biểu thức của tín hiệu điều chế:

V (t) = 5 cos (2*103) t

- Biểu thức của tín hiệu đã điều chế:

VPM (t) = 5 cos [(2*25*103) t+12.5 cos (2*103) t]

b Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế (PM):

fc=25*10^3;fm=10^3;

T=1/fc;

t=0:T/20:10*T;

V=5*cos(2*pi*fc*t+12.5*sin(2*pi*fm*t));

plot(t,V)

title('DC-PM')

x 10-4 -5

-4

-3

-2

-1

0

1