Chương 5 các mạch biến đổi tần số (bộ môn điện tử tương tự)

 Điều chế là quá trình ghi tin tức vào tải tin nhờ biến đổi một thông số nào đó của tải tin như biên độ, tần số hay góc pha của dao động cao tần theo tin tức.. Khái niệm  Ví dụ: thông

Điện tử tương tự

Bộ môn: Lý thuyết mạch

GV: Lê Xuân Thành

Nội dung chương 5:

Giới thiệu chung

 Trộn tần

 Nhân, chia tần số

 Điều chế là quá trình ghi tin tức vào tải tin nhờ biến đổi một thông

số nào đó của tải tin như biên độ, tần số hay góc pha của dao động cao tần theo tin tức.

1 Khái niệm

 Ví dụ: thông qua điều chế, tin tức ở miền tần số thấp được chuyển lên vùng tần số cao để bức xạ, truyền đi xa, cụ thể:

 Dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế.

 Điều biên: là quá trình làm cho biên độ của tải tín hiệu biến đổi theo tin tức.

 Tin tức được gọi là tín hiệu điều chế.

 Dao động cao tần được gọi là tải tin hay tải tần.

 Tách sóng là quá trình lấy lại tín hiệu điều chế

 Điều tần: là quá trình làm cho tần số của tải tín hiệu biến đổi theo tin

tức.

 Điều pha: là quá trình làm cho pha của tải tín hiệu biến đổi theo tin tức.

a) Phổ của tín hiệu điều biên

2 Điều chế biên độ

 Để đơn giản, giả thiết tin tức US và tải tin đều là dao động điều hoà

và tần số tin tức biến thiên từ , ta có: S min  S max

t U

Uđb  ( U ˆt  U ˆS. cos St ). cos tt  U ˆt.( 1  m . cos tt ). cos tt

 Tín hiệu điều biên (biên độ biến đổi theo tin tức):

t

S

U

U m

a) Phổ của tín hiệu điều biên

U

m t

U

S t

t t

t

2

ˆ )

cos(

2

ˆ cos



) (

) ( t  Smin  t  Smax

) (

) ( t  Smax  t  Smin

 Như vậy, ngoài thành phần tải tin, tín hiệu điều biên còn có hai biên tần Biên tần trên có tần số từ:

t-Smax t-Smin t t+Smin t+Smax

b) Quan hệ năng lượng trong điều biên

2 Điều chế biên độ

 Trong tín hiệu điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức

 Công suất của tải tin là công suất

trung bình trong một chu kỳ tải tin: P ~ t ~ 2

ˆ (

~

2

~

t bt

U m P

 Công suất biên

tần :

 Công suất của tín hiệu điều biên là công suất trung bình trong một chu kỳ của tín hiệu điều chế:

) 2

m 1

( P P

2 P

2t

~bt

~t



P~db

c) Mạch điều biên cân bằng

t U

U

t U

t U

U

t t

S S

t t

S S

cos

cos

cos

.

.

323

222

21

02

313

212

11

01

U a

U a

a i

U a U

a U

a a

i

c) Mạch điều biên cân bằng

2 Điều chế biên độ

 Dòng điện ra: i = i1 - i2

] t ) 2

cos(

t ) 2

.[cos(

D

] t ) cos(

t ) [cos(

C t

3 cos

B t

cos

A i

S t

S t

S t

S t

S S

ˆ

2 3

ˆ

ˆ 2

3

2

t S

t S

U U

a D

U U

a C



 ˆ

.

2 1

ˆ

2

1 ˆ

).

3 2

( ˆ

3 3

2 3

2 3

1

s

s t

S

U a B

U a U

a a

U A

t ) 2

.[cos(

D ] t ) cos(

t ) [cos(

C t 3 cos B t cos

A

i

S t

S t

S t

S t

S S

cos(

t ) 2

.[cos(

D

] t ) cos(

t ) [cos(

C t 3 cos B t cos A

i

S t

S t

S t

S t

S S

) [cos(

 Phổ của tín hiệu điều biên gồm

tải tần và hai biên tần, trong đó chỉ

có biên tần mang tin tức

3 Điều chế đơn biên

 Vì hai giải biên tần mang tin tức như nhau nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ thông tin về tin tức Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng nên có thể nén toàn bộ hoặc một phần tải tần trước khi truyền đi Quá trình điều chế để nhằm tạo ra một giải biên tần gọi

là điều chế đơn biên Ưu điểm:

 0

t-Smax t-Smin t t+Smin t+Smax

 Độ rộng tải tần giảm một nửa.

 Công suất bức xạ yêu cầu thấp hơn.

 Tạp âm đầu thu giảm do giải tần của tín hiệu hẹp hơn

Biểu thức:

t U

m

2

) (    

Udb

a) Khái niệm

3 Điều chế đơn biên

 Dùng một bộ biến đổi trung gian để có thể hạ thấp yêu cầu đối với bộ lọc.

b) Điều chế đơn biên theo phương pháp lọc

Uc

ft1

ft2 ft2+ft1 f0

Ud

a)

b) c) d)

t

f f

X  

U K

VTS VTS

I

U I

U Z







 ˆ

Méo phi tuyến:

% 100

2 3

2 2

S

S S

I

I

I k





  



4 Tách sóng điều biên

b) Mạch tách sóng điều biên

Mạch tách sóng điều biên dùng điốt mắc nối tiếp (a) :

R C

0

0

D

D D

U khi

U khi

SU

S t

1







4 Tách sóng điều biên

b) Mạch tách sóng điều biên

Hiện tượng méo tín hiệu tách sóng do tải điện dung quá lớn

S t

10

S t

5 Điều tần và điều pha

 Quan hệ giữa pha và tần số của tín hiệu:

( ) ( ) t d t

t

t U

)

5 Điều tần và điều pha

 Lượng di tần cực đại khi điều pha:

 Lượng di pha cực đại khi điều tần:

 Lượng di tần khi điều pha:

 Lượng di pha khi điều pha:      m cos  S t

t sin

.

dt

) (

d

S S

6 Mạch điều tần và điều pha

(

k C

k D

U U

U D  t  S    t t  S S 

6 Mạch điều tần và điều pha

6 Mạch điều tần và điều pha

b) Mạch điều pha:

 Tổng dao động đã điều biên U = Uđb1+ Uđb2 là một dao động điều chế về pha và biên độ Điều biên ở đây là điều biên ký sinh Để hạn chế mức điều biên ký sinh chọn  nhỏ Để có điều biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì  < 0,35 nên mạch có nhược điểm là lượng di pha nhỏ.

ĐB1

ĐB2

Di pha 90 0

Tổng

ˆ .(1 .cos ).cos ˆ .cos .[cos( ) cos( ) ]

ˆ .(1 .cos ).sin ˆ .sin .[sin( ) sin( ) ]

6 Tách sóng điều tần và điều pha

6 Tách sóng điều tần và điều pha

2 dt 2

1 dt 1

Z Uˆ m Uˆ

Z Uˆ m Uˆ





2 0

1 td 2

1

1 1

1 td 1

) (

1

R ]

) (

Q 2 [ 1

R Z

2 td 2

2

2 2

2 td 2

) (

1

R ]

) (

Q 2 [ 1

R Z

6 Tách sóng điều tần và điều pha

Q1  2 

0

2 , 1 0

0

Q.2

Đặt: độ lệch số tần số tương đối giữa tần số cộng hưởng riêng của

mạch dao động với tần số trung bình của tín hiệu vào

độ lệch lệch số tần số tương đối giữa tần số tín hiệu vào và tần số trung bình

 Khi tần số tín hiệu vào  thay đổi thì Z1, Z2 thay đổi kéo theo sự thay đổi của biên độ điện

áp vào nghĩa là quá trình biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều biên đã được thực hiện Qua bộ tách sóng biên độ ta nhận được các điện áp:

2 0

1 td dt

TS 1

TS

1

S

) (

1

R

Uˆ m K Uˆ

K

2 td dt

TS 2

TS 2

S

) (

1

R

Uˆ m K Uˆ

K

.(

Uˆ R m K u

u

uS  S1  S2  TS td dt   0

 Nhược điểm của tách sóng dùng mạch lệch cộng hưởng là khó điều chỉnh cho hai mạch cộng hưởng hoàn toàn đối xứng nên ít được dùng

6 Tách sóng điều tần và điều pha

c) Tách sóng điều tần dùng mạch cộng hưởng ghép

 Nguyên tắc: chuyển biến thiên tần số thành biến

thiên về pha, sau đó thực hiện tách sóng pha nhờ tách

1 D

U

2 D

1

L j

UI





2

M 2

r

E

I L

1

M .j M I

0 )

U U

.(

K

US  TS D1  D2 

 Khi tần số tín hiệu vào f > f0: Tần số tín hiệu vào càng lệch khỏi

tần số cộng hưởng trung tâm f0 thì biên độ càng lớn hơn biên

độ , do đó trị số điện áp ra US càng lớn

1 D

6 Tách sóng điều tần và điều pha

d) Mạch tách sóng tỷ số:

 Các điốt tách sóng được mắc nối tiếp

nhau Mạch vừa làm nhiệm vụ tách

sóng vừa làm nhiệm vụ hạn chế biên

US1

US2

C1R

R

U0

US

) 2 , 0 1 , 0 ( C

2 1

R

U U

U

2 1

2 1

0 2

2

S S

S S

S

U U

U U

U U

U U

1

/

2 1

S S

S

U U

U U

U U

 Khi U0  const, điện áp ra chỉ chỉ phụ thuộc vào tỷ số US1/ US2, hơn nữa US1, US2 giống như trong bộ tách sóng dùng mạch cộng hưởng ghép, phụ thuộc vào biến thiên tần số ở đầu vào Vì vậy bộ tách sóng tỷ số không có phản ứng với các biến thiên về biên độ ở đầu vào nên tránh được nhiễu biên độ

6 Tách sóng điều tần và điều pha

e) Mạch tách sóng pha cân bằng dùng điốt:

U S2

Uch

R R

2

2 1 2

U m

U K

 hệ số truyền đạt của bộ

tách sóng biên độ

) (

) (

) ( 01 02 ( ) 01 02

 Vậy trị số tức thời của điện áp ra trên bộ tách sóng phụ thuộc hiệu pha của tín hiệu điều pha

và tín hiệu chuẩn Trường hợp và thì điện áp ra chỉ còn phụ thuộc vào pha của tín hiệu vào

(t)

)(cos 2

2

2 1 1

1

1 U K U K U U U U t

U t  S  TS D  TS       

 a a u a u an un

i Với U = Uns + Uth

t U

Uns  ns cos ns Uth  U th cos tht

2 2 2

2 [cos( ) cos( ) ]

G R

7 Trộn tần

c) Mạch trộn tần dùng điốt

/2 S



2

) 90 ( 0 

G itt  io 

Để chống tạp âm ngoại sai, dùng sơ đồ trộn tần cân bằng, ở đây điện áp tín hiệu đặt lên hai điôt ngược pha còn điện áp ngoại sai đặt lên hai điôt đồng pha, nghĩa là: U thD1 Uth.costh t U thD2 Uth.cos(th t ) U nsD1 U nsD2 U ns

Do đó dòng điện trung tần qua các điôt do Uth tạo ra:

nó cao Tuy nhiên sơ đồ này độ khuếch đại không bằng mạch phát chung

8 Mạch nhân, chia tần số

UV

fV

VCO LTT và KĐ

fr = nfv

TSP

LTT và KĐ VCO

CT n:1

fv CT1

1:m

fv/m

PLL