bài giảng nguyên lý điện từ

u biên thông th ng.... Nguyên lý chung ..... Chuy n i AD theo ph ng pháp song song..... Khái ni m chung khác nhau.. khoá diode, khoá transistor... Dòng qua diode là 1 dãy xung hình sin,

I H C THÁI NGUYÊNKHOA CÔNG NGH THÔNG TIN

~~~~~***~~~~~

BÀI GI NG:

Ng i biên so n : ThS V Chi n Th ng.

M C L C

C L C 1

CH NG 1: CÁC M CH T O QUAN H HÀM S DÙNG KHU CH I THU T TOÁN 4 1.1 Khái ni m chung 4

1.2 Các m ch tính toán và u khi n tuy n tính 4

1.2.1 M ch c ng o 4

1.2.2 M ch tr 5

1.2.3 M ch tích phân o 6

1.2.4 M ch tích phân t ng 7

1.2.5 M ch tích phân hi u 7

1.2.6 M ch vi phân 8

1.3 Các m ch khu ch i và tính toán phi tuy n liên t c 9

1.3.1 T o quan h hàm s có d ng c tuy n c a ph n t phi tuy n 9

1.3.2 T o quan h hàm i c a d ng c tuy n volt-ampe c a ph n t phi tuy n 10

1.3.3 M ch khu ch i Loga 10

1.3.4 M ch khu ch i i Loga 12

1.3.5 M ch nhân dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga 12

1.3.6 M ch l y th a b c hai 13

1.3.7 M ch chia theo nguyên t c nhân o 14

1.3.8 M ch chia dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga: 15

1.3.9 M ch khai c n 15

1.4 Các m ch phi tuy n không liên t c 17

1.4.1 M ch t o hàm ch nh l u h n ch : 17

1.4.2 M ch so sánh t ng t 22

Ch ng 2: U CH 31

2.1 nh ngh a 31

2.2 u biên 31

2.2.1 nh ngh a 31

2.2.2 u biên thông th ng 31

2.2.3 Các ch tiêu c b n c a dao ng ã u biên 34

2.2.4 Ph ng pháp tính toán m ch u biên : 36

2.2.5 Các m ch u biên c th : 40

2.2.6 u ch n biên 45

2.3 Gi i u biên 53

2.3.1 Gi i u biên v i tín hi u u biên thông th ng 53

2.3.2 Gi i u ch n biên: 55

2.4 u t n và u pha 56

2.5 Gi i u t n 60

2.5.1 Nguyên lý chung 60

2.5.2 Các m ch gi i ch t n s 60

Ch ng 3: I T N 63

3.1 nh ngh a 63

3.1.1 t v n : 63

3.1.2 Khái ni m: 64

3.2 Nguyên lý i t n: 65

3.2.1 S kh i và nguyên lý làm vi c: 65

3.2.2 Nhi u sinh ra c a b tr n t n và cách kh c ph c 67

3.2.3 Thu i t n trong 1 d i t n r ng 70

3.3 M ch i t n dùng Diode 71

3.3.1 M ch i t n n 71

3.3.2 M ch i t n cân b ng 71

4.4.3 M ch i t n vòng 72

3.3.2 M ch i t n dùng Transistor 73

CH NG 4: CHUY N I AD VÀ DA 76

4.1 C s lý thuy t 76

4.2 Các thông s c b n 78

4.3 Nguyên t c làm vi c c a ADC 79

4.4 Các ph ng pháp chuy n i t ng t - s 80

4.4.1 Phân lo i 80

4.4.2 Chuy n i AD theo ph ng pháp song song 81

4.4.3 Chuy n i AD n i ti p 82

4.4.4 Chuy n i AD theo ph ng pháp k t h p 83

4.4.5 Chuy n i AD n i ti p dùng vòng h i ti p 84

4.4.6 Chuy n i AD theo ph ng pháp tich phân n gi n: 85

4.4.7 Chuy n i AD theo ph ng pháp tích phân hai s n d c 88

4.5 Các ph ng pháp chuy n i s - t ng t 92

4.5.1 Chuy n i DA b ng ph ng pháp n tr b c thang 93

4.5.2 Ph ng pháp m ng n tr : 94

4.5.3 Ph ng pháp Shanon – Rack: 97

Ch ng 5: NGU N CUNG C P 101

5.1 Khái ni m chung 101

5.1.1 t v n 101

5.1.2 Thông s ngu n cung c p 101

5.2 Ngu n ch nh l u n gi n 103

5.2.1 S kh i 103

5.2.2 Bi n áp 103

5.2.3 Ch nh l u 104

5.2.4 L c 105

5.2.5 Các b ch nh l u b i áp 106

5.3 n áp: 107

5.3.1 t v n : 107

5.3.2 n áp thông s : 107

5.3.3 n áp so sánh: 108

5.4 n áp xung: 113

5.5 Các vi m ch n áp: 114

TÀI LI U THAM KH O 118

CH NG 1: CÁC M CH T O QUAN H HÀM S DÙNG KHU CH I

THU T TOÁN

1.1 Khái ni m chung

khác nhau

Có 2 d ng m ch tính toán và i u khi n: Tuy n tính và phi tuy n

Tuy n tính: có trong m ch h i ti p các linh ki n có hàm truy n t tuy n tính

Phi tuy n: có trong m ch h i ti p các linh ki n có hàm truy n phi tuy n tính.

1 Quan h phi tuy n Volt - Ampe c a m t ghép pn c a diode ho c BJT khi phân c c

hàm dùng diode)

(khoá diode, khoá transistor)

1.2 Các m ch tính toán và i u khi n tuy n tính

1.2.3 M ch tích phân o

i1 + iC = 0Hay:

Suy ra:

=> i n áp ra t l v i tích phân n áp vào

vào i n áp vào Vin1.

N u Vin1 là i n áp xoay chi u hình sin: vin1 = Vin1sin t thì:

masse

Hình 1.3.b M ch tích phân o có bi n tr R1 bù dòng l ch không

i u ch nh R1 sao cho R1 R thì gi m c tác d ng c a dòng i n l ch không I0 = IP–

IN và i n áp l ch không V0 = VP– VN (khi Vout = 0)

H s khu ch i c a mach:

Gi s ta có m t ph n t tuy n tính trong ó nó có c tuy n:

( )

I = f v

D 0

T

v exp v

Mà: VN = Vht+Vout = 0

( ) ( )

1.3.2 T o quan h hàm i c a d ng c tuy n volt-ampe c a ph n t phi tuy n.

Gi s ta có m t ph n t tuy n tính trong ó nó có c tuy n:

i n dùng diode (1.8.a.) có th làm vi c t t v i dòng i n I n m trong kho ng nA –› mA

Trong ó:

I0: dòng i n ban u, có tr s b ng dòng qua diode ng v i n áp ng c chophép.

IEbh: là dòng i n emit tr ng thái bão hòa

Các m ch khu ch i loga và i loga có th dùng m ch nh ã xét m c trên.

tín hi u vx, vy > 0 (do tính ch t hàm loga) M ch nhân 4200 là m t trong nh ng m ch tiêu

R4 R3

=> Có th dùng m ch l y th a b c hai th c hi n nhân ôi t n s

1.3.8 M ch chia dùng nguyên t c khu ch i Loga và i Loga:

R4 R3

ng n ng a ng i ta m c thêm diode (m i m ch m t diode) u ra c a b TT nhhình v

1.4 Các m ch phi tuy n không liên t c

1.4.1 M ch t o hàm ch nh l u h n ch :

Xét m ch ch nh l u dùng diode :

Vout Vin

R D

V K

- M ch trên là m ch h n ch d i có m ch h n ch trên ta o chi u Diode.

- N u R1 = R2 thì biên tín hi u ra = biên tín hi u vào.

- N u R1 > R2 thì biên tín hi u vào > biên tín hi u ra

- N u R1< R2 thì biên tín hi u vào < biên tín hi u ra

1.4.1.4 M ch ch nh l u h n ch khác m c 0:

Hình 1.24 S m ch ch nh l u h n ch khác m c 0

- Khi Vin > E0à Vh < 0 à Va = K0Vh< 0→ D1thông, D2t t

- Khi Vin < E0à Vh > 0 à Va = K0Vh> 0→ D1t t, D2thông

1 2

out

R V

- Là K TT làm vi c tr ng thái bão hòa nên m c ra th p (L) và m c ra cao (H) c a nó

R + R SS 1 1 2

R V

R+R + 1

in

R V

R+R = 0

0 1

R E

R R

2

02 ( 1 )

R

R E R

Hình 1.36 Vin a vào c a thu n

Hình 1.40 ng d ng c a m ch so sánh có tr

Ch ng 2: I U CH

thông s nào ó (ví d : biên , t n s , góc pha, r ng xung ) Tin t c g i là tín hi u

cao t n ã i u ch

lo i b t i tin l y l i tin t c ban u

+ASK ( Amplitude shift key): i u ch khóa d ch pha biên

+PSK ( frequency shift key): i u ch khóa d ch pha t n s

+FSK ( Phase shift key): i u ch khóa d ch pha

2.2 i u biên

i u biên là quá trình làm cho biên t i tin bi n i theo tin t c

( i u biên m t biên t n)

a, Gi s tin t c V S và t i tin V t u là dao ng u hòa:

vS = VS cos St và vt = Vt cos tt v i t >> S

Khi th c hi n u biên thì biên c a tín hi u i u biên thay i theo tin t c (hay tín

Hình 2.1 th th i gian c a tín hi u u biên

Nh n xét: Cách bi u di n nh trên là bi u di n thay i m c tín hi u theo th i gian hay

ng i ta s phát i c thành ph n biên t n trên, biên t n d i và t i tin.

2 2 1

1 2

2 db

1 1

1

321

46

2.2.3.1 H s méo phi tuy n

áng l u ý nh t là các hài ( t ± 2 S) có th l t vào các biên t n mà không th l c c.

H s méo t n s c xác nh theo bi u th c :

- Dùng ph n t phi tuy n : c ng t i tin và tín hi u u ch trên c tuy n c a ph n t phituy n ó

nh ph n t tuy n tính ó

V i VD: i n áp trên Diode D và trên t i Rt

Khi a3 = a4 = a4 = a2n+1 = 0 (n = 1,2,3) ngh a là ng c tính c a ph n t phi tuy n là

Dòng qua diode là 1 dãy xung hình sin, nên có th bi u di n iD theo chu i Fourier nhsau:

I0 : thành ph n dòng i n m t chi u.

I1: biên thành ph n dòng i n c b n i v i t i tin

I2, I3 In : biên thành ph n dòng i n b c cao i v i t i tin

I0, I1, I2 In : c tính toán theo bi u th c c a chu i Fourrier:

Theo bi u th c (*) ta có th vi t:

Khi tt = thì iD= 0:

L y (3) – (4) =>

T bi u th c (6) và (7) biên c a thành ph n dòng i n c b n bi n thiên theo tín hi u

i u ch (VS)

và i n áp vào Vt là quan h tuy n tính Tuy nhiên, khi Vs bi n thiên thì i m làm vi c

Khai tri n dòng iD theo chu i Taylor:

V i VD: i n áp trên Diode D và trên t i Rt

= a1Vscos st + a1Vtcos tt + a2Vs2cos2 st + 2Vscos stVtcos tt + a2Vt2cos2 tt +

a3Vs3cos3 st + 3 a3Vs2cos2 stVtcos tt + 3a3Vt2cos2 tt Vscos st + a3Vt3cos3 tt +…

ID = a1Vscos st + a1Vtcos tt + a2Vs21 os2 t

2

s

c ω +

+ VsVt(cos ( t+ s)t + cos ( t- s)t )

+ a V21+cos2ωtt

ph n hài khác n a ( t-2 s, t-3 s ) i u này gây ra hi n t ng méo tín hi u u biên.

St, tín hi u ra ch có 2 biên t n trên và biên t n d i do ó méo phi tuy n r t nh ,

nh h n i u biên dùng 1 diot và i u biên cân b ng

- Thành ph n t i tin b lo i b Mu n có thành ph n t i tin ta ph i c ng thêm thành

ph n t i tin tr c khi phát i

2 k VsVt[cos ( t+ s)t + cos ( t- s)t ] +k E0 Vtcos tt.

Nh v y V b g m các thành ph n t i tin, hai biên t n trên và d i

- Công su t phát x yêu c u th p h n v i cùng m t c ly thông tin.

ID = A cos tt + Bcos st + Ccos2 st + D cos2 tt + E(cos ( t+ s)t + cos ( t- s)t )+ F(cos ( t+ 2 s)t + cos ( t- 2 s)t ) + G(cos (2 t+ s)t + cos (2 t - s)t ) +…

ID = Acos tt + Bcos2 tt + C(cos ( t+ s)t ) + D(cos ( t+ 2 s)t ) + E(cos (2 t+ s)t)+…

iD= Acos( t + s)t + Bcos(2 t + s)t

Hình 2.22 Ph tín hi u c a u ch n biên 2 Diode

x: H s l c c a b l c

t n yêu c u ft2 ti n hành i u ch cân b ng tín hi u vào VS(t) Lúc ó h s l c t ng

m t tín hi u có d i ph b ng d i ph c a tín hi u vào

fs = fSmax – fSmin , nh ng d ch m t l ng b ng ft1 trên thang t n s , sau ó a n b

i u ch cân b ng th hai mà trên u ra c a nó là tín hi u ph g m hai biên t n cáchnhau m t kho ng f’ = 2 (ft1 + fSmin ) sao cho vi c l c l y m t d i biên t n nh b l c thhai th c hi n m t cách d dàng

L c l n 1:

Hình 2.25 Ph tín hi u trong i u biên vòng l n 1

L c l n 2:

Hình 2.26 Ph tín hi u trong u biên vòng l n 2

Nh n xét:

nên d dàng lo i b biên t n d i.Kho ng cách gi a hai biên t n là 2 s

π)

2

π) ]

90 i v i t i tin là tín hi u u hòa thì vi c quay pha tín hi u 900 là d dàng th c hi n

Hình 2.28 kh i m ch u ch n biên theo ph ng pháp l c và quay pha k t h p

2 k2 VsVt1Vt2 [ cos ( t2+ t1+ s)t]

Hình 2.29 Ph c a dao ng u ch n biên theo ph ng pháp l c – quay pha k t h p

Hình 2.30 S kh i quá trình gi i u biên v i tín hi u u biên thông th ng

- D ng sóng:

Hình 2.32 D ng sóng gi i u biên v i tín hi u u biên thông th ng

- Tín hi u u tiên khi qua b ch nh l u s c t i m t n a tín hi u và nó có m t thành

chi u U0 c ng thay i theo Do v y ng i ta c n ph i l c thành ph n m t chi u U0

th c hi n h i ti p âm và gi cho m c tín hi u ra là không i

trong máy thu có t n s b ng t n s t i tin và ng b v i t i tin c a ài phát u ra b

Cách t o ra t i tin ng b v i t i tin c a ài phát nh sau:

i v i tín hi u u ch n biên t i tin ã b nén T c là nó r t là nh so v i biên t n

b v i dao ng t i tin c a máy thu

2.4 i u t n và i u pha

i u t n t c là thay i t n s t i tin theo tín hi u u ch Nh v y t n s t i tin thay

i t fmin n fmax, ∆f = fmax- fmin c g i là di t n c c i

Hình 2.34 M ch u pha theo Amstrong và th vect c a tín hi u

Tham s c a n kháng t ng ng ph thu c vào h d n S c a BJT.

t

f f

∆ kho ng2%

è Thay i t n s xung ra.

Hình 2.38 Gi i u t n b ng m ch c ng h ng

ra thay i theo úng quy lu t thay i c a tin t c

Khi t n s bi n thiên càng l n thì tín hi u ra s càng b méo tín hi u Vì v y trong th ng

Ng i ta ch n f2– f0 = f0– f1 = B/2 (f2> f0 > f1 )

Hình 2.40 c tuy n l c c a m ch c ng h ng l ch

Ch ng 3: I T N

nh

VD:Âm thanh: b r ng ph tín hi u u biên f < 20KHz, và i u t n f <100KHz

η

thu c 1 kênh theo yêu c u ta không dùng máy thu tr c ti p mà dùng quá trình

i u ch còn có các thành ph n hài N u chúng ta th c hi n quá trình phát tr c ti p thì

Ngoài ra trong các h th ng thông tin (v tinh, viba) chúng ta s d ng các b chuy n ti p

3.1.2 Khái ni m:

hi u t ng ho c hi u c a hai tín hi u ó

Thông th ng m t trong hai tín hi u vào là tín hi u n âm (có m t v ch ph ), tín hi u

ó g i là tín hi u ngo i sai có t n s là fns (sai l ch v i tín hi u kia m t giá tr g i là m t

t n s trung gian ftg ) Tín hi u còn l i là tín hi u h u ích (mang tin t c) v i t n s là fth

ng cao nên d i thông B c a m ch c ng h ng l n Vì v y ngoài t n s c n thu là fth,

3.2.2 Nhi u sinh ra c a b tr n t n và cách kh c ph c

3.2.2.1 Nhi u t n s trung gian

trung gian:

t h f B

AB

J L

J C Z

J L

C

ω ω ω ω

Hình 3.7 Kh c ph c nhi u t n s nh b ng i t n 2 l nTrong l n i t n l n 1:

ftg1 = fns−fth

th c hi n kh c ph c nhi u t n s nh ta s th c hi n i t n 2 l n

Do t n s ftg1 l n Do v y t n s nh fanh1 n m ngoài d i thông c a m ch c ng h ng vào

l n 2 và thu c ftg2 Do ftg2 th p nên d i thông c a m ch l c h p và ta c ng lo i b

c thành ph n t n s fanh2

3.2.3 Thu i t n trong 1 d i t n r ng

12

f

LC

π

=

3.3 M ch i t n dùng Diode

i l n

i n áp tín hi u t lên diode c xác nh: uth = Uthmcos( th t )

i n áp ngo i sai t lên diode c xác nh: uns = Unsmcos( ns t )

Do ó dòng i n t n s trung gian qua diode ( do Uth t o ra ): itg = Itgm cos [( ns − th )t ]

i t n cân b ng biên tín hi u ra c a dòng i n trung gian t ng g p ôi.

i t n vòng có biên tín hi u ra c a dòng i n trung gian t ng g p ôi.

lý, ng i ta ã thi t k nhi u lo i th c t khác nhau nh d i ây :

Hình 3.17 Uth a vào B, Uns a vào E.

c, Uth, Uns a vào E

Hình 3.18 Uth , Uns a vào E

Trong ó:

ftg1,ftg2 t o m ch c ng h ng kép

T1: B tr n v i fth a vào bazo, fns a vào emito

T3,T4,T5 : T ng khu ch i trung t n c ng h ng

Hình v (6.1) bi u di n quá trình bi n i tín hi u d ng t ng t sang d ng s

Ch ng h n giá tr UA c chuy n thành d ng b c thang 7 b c và m i b c, ta gán cho

UA m t giá tr r i r c Ví d khi UAbi n thiên trong m t kho ng nh 3,5 –› 4,5 ta gán cho

chuy n i t l ngh ch v i th i gian

f =

phuchoi chuyendoi T

1

ph i tìm cách dung hòa các yêu c u ó m t cách h p lý nh t

- Gi cho biên n áp t i các th i m l y m u không i trong quá trình chuy n i

ti p theo (t c là trong quá trình l ng t hóa và mã hóa)

chính xác b ng ± Q/ 2

v chu n Q

4.4.1 Phân lo i

Có nhi u cách phân lo i ADC Cách phân lo i hay dùng h n c là phân lo i theo quá

thi u 2 bit ng th i

4.4.2 Chuy n i AD theo ph ng pháp song song

ng th i) Sai s bi n i th p và có th t o ra d ng mã theo ý mu n

n i ti p

4.4.3 Chuy n i AD n i ti p

SD = bn-1bn-2…b1b0

SA= bn-12n-1+…b121 + b020

so sánh này gi m d n i 2 l n và u ra c a m i 1 t ng so sánh có 1 bit T ng nào có i n

áp so sánh l n ng v i bit có tr ng s cao và ng c l i

- Gi s UA> USS1 khi ó bit ra b = 1 ng th i qua b chuy n i DA nó có m c U’A

- Gi s UA < USS1 khi ó bit ra b = 0 ng th i qua b chuy n i DA thì UA = 0 i n

nh t => xác nh c N1 bit T B1 => BN1 N u s bit l à n th ì s t ng chuy n i là:

l =

1

n n

s b so sánh = l(2n1– 1) =

n n

(2n1– 1)b

t Uh = UA–UM, gi thi t UA> 0 Uh > 0 qua m ch thì A+ = 1, A- = 0 V y b mthu n s làm vi c

m tr ng thái ra c a tín hi u là tín hi u s c n chuy n i

Gi thi t n u UA gi m Uh > 0 A+ = 0, A- = 1 b m ngh ch s làm vi c tr ngthái ra c a b m s gi m d n cho n khi UA =U’M (U’h = UA– UM =0 ) Lúc ó b mlùi ng ng làm vi c tr ng thái ra c a b m chính là tr ng thái ra c a tín hi u s c n

- Ý t ng: Ng i ta t p ra m t kho ng th i gian txt l v i n áp c n chuy n i dùng

tr ng thái c a tín hi u s c n chuy n i