Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử ths nguyễn duy chuyên

Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại Trong tuyến tần số tín hiệu.. - Bộ khuếch đại trung gian còn có chức năng ngăn cách ảnh hưởng các tầng khuếch đại công suất và các thiết bị điều chỉnh

HäC VIÖN Kü THuËT QU¢N Sù

Bé M¤N C¬ Së Kü THUËT V¤ TUYÕN - KHOA V« TUYÕn §IÖN Tö

Ths NguyÔn Duy chuyªn (chñ biªn) Pgs ts tr−¬ng v¨n cËp - ts trÇn h÷u vþ - Ts nguyÔn huy hoµng

Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö ( PhÇn hai - Dïng cho chuyªn ngµnh th«ng tin và tác chiến điện tử)

Hµ néi - 2008

Mục lục

Trang

Lời nói đầu 7

Chương 1 Sơ đồ khối tổng quát, chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của các thiết bị thu phát 9

1.1 Sơ đồ Chức năng, chỉ tiêu chất lượng của máy phát 9

1 Sơ đồ chức năng và các phần cơ bản của máy phát 9

2 Các chỉ tiêu kỹ thật của máy phát 11

1.2 Sơ đồ Chức năng, chỉ tiêu chất lượng của máy thu 13

1 Sơ đồ chức năng và các phần cơ bản của máy thu 13

2 Chỉ tiêu chất lượng của máy thu 15

Chương 2 Tạp âm 18

2.1 Khái niệm về tạp âm 18

2.2 Các đặc trưng thống kê của tạp âm 19

1 Giá trị trung bình của điện áp tạp âm 19

2 Mật độ phân bố xác suất 20

3 Giá trị trung bình của bình phương điện áp tạp âm 20

4 Phương sai của điện áp tạp âm 21

5 Hàm tự tương quan của điện áp tạp âm 21

6 Phổ năng lượng của tạp âm 22

2.3 Sự truyền tạp âm qua mạng bốn cực tuyến tính - dải tạp âm tương đương 22 2.4 Tạp âm nhiệt của mạch thụ động 25

1 Tạp âm của điện trở thuần 25

2 Tạp âm của mạch RC 26

3 Tạp âm của mạch cộng hưởng LC 27

2.5 Tạp âm của anten thu 29

2.6 Tạp âm của dụng cụ điện tử và bán dẫn 30

1 Tạp âm của đèn điện tử 2 cực 31

2 Tạp âm của đèn 3 cực 32

3 Tạp âm đèn 5 cực 33

4 Tạp âm đèn trộn tần 34

5 Tạp âm của đèn điện tử ở siêu cao tần (SCT) 35

6 Sơ đồ tương đương tạp âm của đèn điện tử 35

7 Tạp âm của bán dẫn 37

2.7 Hệ số tạp âm và độ nhạy máy thu 39

1 Hệ số tạp âm 40

2 Hệ số tạp âm của các mạng 4 cực mắc nối tiếp 43

Chương 3 Tuyến tần số tín hiệu 46

3.1 Cấu trúc của tuyến tần số tín hiệu để đảm bảo độ nhạy đã cho 46

1 Hệ số tạp âm của máy thu 47

2 Độ nhạy của máy thu 48

3 Chọn các tham số của tuyến tần số tín hiệu suất phát từ điều kiện đảm bảo

của độ nhạy cao của máy thu 51

3.2 Cấu Trúc của tuyến tần số tín hiệu để đảm bảo độ chọn lọc đã cho 52

1 Độ chọn lọc một tín hiệu 53

2 Độ chọn lọc nhiều tín hiệu 56

3.3 Mạch vào 62

1 Mạch vào có một mạch dao động trong hệ thống chọn lọc 64

2 Mạch vào có nhiều mạch cộng hưởng trong hệ thống chọn lọc 69

3.4 Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại Trong tuyến tần số tín hiệu 72

1 Bộ khuyếch đại katốt chung 72

2 Sơ đồ dùng đèn ba cực mắc lưới chung 80

3 Sơ đồ cascode 85

3.5 đặc điểm các sơ đồ tuyến tần số tín hiệu dùng transistor lưỡng cực 87

1 Bộ khuếch đại mắc emitor chung 88

2 Sơ đồ trung hoà hồi tiếp trong 94

3 Bộ khuếch đại bazơ chung 98

3.6 Bộ khuếch đại sử dụng bán dẫn trường 100

1 Đặc điểm chung 100

2 Các sơ đồ cơ bản 101

Chương 4 Các bộ khuếch đại cao tần có tạp âm nhỏ 104

4.1 Bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy 104

1 Cấu trúc và nguyên tắc công tắc 105

2 Tạo nhóm điện tử trong trường sóng chạy 106

3 Các chỉ tiêu chất lượng của bộ khuếch đại cao tần dùng đèn sóng chạy 108

4.2 Nguyên lý mạch hai cực khuếch đại 114

1 Sơ đồ tương đương của mạng 2 cực khuếch đại 115

2 Mạng hai cực khuếch đại theo kiểu - phản xạ - mắc song song 119

4.3 Bộ khuếch đại cao tần dùng điốt tunel 119

1 Đặc tuyến vôn - ampe của điốt tunel 119

2 Các chỉ tiêu chất lượng của bộ KĐCT dùng điốt tunel 122

3 Sơ đồ cấu trúc điện của bộ KĐCT dùng điốt tunel ở dải sóng centimet 126

4.4 Bộ khuếch đại tham số 127

1 Nguyên lí khuếch đại tham số 128

2 Quan hệ năng lượng trong bộ khuếch đại tham số và phân loại các bộ KĐTS 134

3 Bộ KĐTS một khung cộng hưởng kiểu phản xạ và truyền qua 139

4.5 Bộ khuếch đại cơ lượng tử 141

1 Tính chất của các hệ phân tử 141

2 Nguyên lí khuếch đại cơ lượng tử 144

Chương 5 Tuyến trung tần và âm tần 148

5.1 Bộ biến tần 148

1 Các tham số cơ bản và yêu cầu đối với biến tần 149

2 Các yêu cầu cơ bản của bộ dao động ngoại sai 153

5.2 Tuyến khuếch đại tần số trung gian 153

1 Bộ khuếch đại nhiều tầng, có các tầng dùng mạch dao động đơn, điều chỉnh

cộng hưởng ở một tần số 155

2 Bộ khuếch đại nhiều tầng, các tầng dùng mạch cộng hưởng đơn, lệch cộng hưởng từng đôi một 160

3 Bộ khuếch đại nhiều tầng mỗi tầng có phụ tải là bộ lọc hai mạch cộng hưởng 166

5.3 Xác định dạng sơ đồ và tính toán bộ khuếch đại trung tần 171

1 Chọn sơ đồ 171

2 Chọn tần số trung gian của máy thu 172

3 Máy thu biến tần hai lần 175

4 Thứ tự tính toán bộ khuếch đại nhiều tầng 176

5.4 tuyến âm tần của máy thu 178

1 Xác định dạng và các tham số cơ bản của bộ tách sóng: 178

5.5 Phân phối độ chọn lọc và hệ số khuếch đại giữa các tuyến của máy thu 183

Chương 6 Điều chế và giải điều chế số 189

6.1 Điều chế số 189

1 Khoá dịch biên : (ASK) 189

2 Điều chế khoá dịch tần (FSK) 192

3 Điều chế khoá dịch pha (PSK) 195

4 Điều chế biên độ cầu phương (QAM) 198

6.2 Giải điều chế số 200

1 Giải điều chế ASK 200

2 Giải điều chế FSK 201

3 Giải điều chế PSK 202

Chương 7 Tầng khuếch đại ra và tiền khuếch đại của máy phát 204

7.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại 204

1 Khái niệm chung 204

2 Các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật đối với tầng ra 204

3 Phân loại tầng ra của máy phát 206

7.2 Mạch Anten của tầng ra 207

1 Những vấn đề chung 207

2 Dạng tổng quát của mạch Anten 208

3 Thiết bị đối xứng 210

7.3 Sơ đồ thực tế của tầng ra 211

1 Tầng ra có tải cộng hưởng 211

2 Điều chỉnh tầng ra có tải cộng hưởng 212

3 Sơ đồ tầng ra dải rộng 214

7.4 Cộng công suất cao tần 216

1 Vai trò của cộng công suất 216

2 Các yêu cầu đối với thiết bị cộng công suất 217

3 Các phương pháp cộng công suất cao tần 217

4 Phương pháp cộng công suất bằng thiết bị cầu 219

Chương 8 Điều chỉnh bằng tay và tự động trong máy thu 221

8.1 Điều chỉnh khuếch đại 222

1 Đặc điểm của điều chỉnh hệ số khuếch đại 222

2 Phương pháp thay đổi hỗ dẫn của Transitor 225

3 Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (TĐK) 226

8.2 Điều chỉnh dải thông 238

2 Điều chỉnh dải thông nhờ bộ lọc tập trung 242

3 Điều chỉnh dải thông nhờ bộ lọc thạch anh 243

4 Điều chỉnh dải thông bằng cách thay thế bộ lọc hay tuyến khuếch đại trung gian 247

5 Điều chỉnh tuyến dải thông tần thấp 247

8.3 Tự động điều chỉnh tần số 249

1 Công dụng và phân loại 249

2 Những đặc trưng cơ bản của các phần tử điều chỉnh 252

3 Phân tích chế độ công tác tuyến tính của hệ thống TĐT theo tần số 255

4 Công tác của hệ thống TĐT theo tần số trong chế độ thiết lập khi lệch cộng hưởng lớn Dải giữ và dải bắt 260

8.4 Tự động điều chỉnh tần số theo pha (TĐF) 265

1 Bộ tách sóng pha 265

2 Phương trình cơ bản của hệ thống TĐF 267

3 Trạng thái xác lập của hệ thống TĐF 269

4 Dải đồng bộ của hệ thống TĐF 270

5 Vai trò và ảnh hưởng của bộ lọc tần thấp trong hệ TĐF 271

Tài liệu tham khảo 275

Lời nói đầu

Cuốn sách này là phần thứ hai của giáo trình môn học “Kỹ thuật mạch điện tử” cho chuyên ngành thông tin, tác chiến điện tử Nó là tài liệu tham khảo cho các chuyên ngành đào tạo khác của Khoa Vô tuyến điện tử - Học viện kỹ thuật quân sự

Nội dung các chương nhằm phục vụ cho giảng dạy các môn kỹ thuật chuyên ngành được thuận lợi, làm tài liệu giúp cho các học viên khi làm đồ án tốt nghiệp,

và làm tài liệu tham khảo có ích cho các cán bộ khi khai thác, thiết kế thiết bị thu

- phát

Tham gia biên soạn là các giảng viên nhóm Kỹ Thuật Mạch: Ths Nguyễn Duy Chuyên phụ trách các chương 1, 4, 5, 6, 8 PGS – TS Trương Văn Cập phụ trách chương 7 TS Trần Hữu Vỵ phụ trách chương 2 TS Nguyễn Huy Hoàng phụ trách chương 3

Trong thời gian biên soạn, chúng tôi đã nhận được sự đóng góp của nhiều

đồng nghiệp - Chúng tôi xin cảm ơn sự đóng góp

Trong lần xuất bản đầu, chắc chắn sẽ có nhiều sai xót và hạn chế Chúng tôI mong tiếp tục nhận được sự đóng góp của các đồng chí để hoàn thiện cho lần táI bản sau

Nhóm tác giả

- Tạo dao động cao tần với công suất và tần số yêu cầu

- Điều chế dao động cao tần bằng các tin tức cần truyền

- Suy giảm các hài và dao động phụ mà tần số của chúng nằm ngoài dải tần bức xạ cần thiết và có thể gây nhiễu cho các đài khác

- Bức xạ dao động qua anten

Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị phát có cấu trúc nh− sau: (hình 1 - 1)

Mạch tạo dao động ổn định thường là mạch dao động thạch anh và có thể gọi là mạch dao động chuẩn để nhận được dao động tần số cao, mà tần số của nó

đảm bảo yêu cầu cao về độ chính xác và ổn định của tần số máy phát

Hình 1 - 1: Sơ đồ khối thiết bị phát

- Bộ tổng hợp tần số tạo mạng tần số cần thiết cho máy phát từ tần số của các mạch dao động chuẩn Hiện nay đa số các bộ tổ hợp tần số của máy phát nói riêng hay thiết bị thông tin nói chung đều sử dụng sơ đồ có vòng giữ pha (PLL) kép Với các bộ tổng hợp tần số hiện nay có thể tạo mạng tần số công tác theo ý muốn với độ ổn định rất cao

- Sau bộ tổng hợp tần số là bộ khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại đủ lớn Nhờ vậy, các bộ tạo dao động chuẩn, bộ tổ hợp tần số không cần công suất lớn Điều này đảm bảo cho các bộ tạo dao động chuẩn và tổng hợp tần số đạt

được yêu cầu cao về độ ổn định tần số và các yêu cầu khác

- Bộ khuếch đại trung gian còn có chức năng ngăn cách ảnh hưởng các tầng khuếch đại công suất và các thiết bị điều chỉnh trong tầng ra tới các mạch tổng hợp tần số, tạo tần số chuẩn

Các bộ khuếch đại công suất dao động cao tần có hệ số khuếch đại công suất đủ lớn để công suất ra đạt đến mức xác định theo yêu cầu của hệ thống viễn thông

Mạch ra dùng để truyền dao động cao tần đã được khuếch đại ra anten, lọc dao động cao tần và phối hợp mạch ra của tầng khuếch đại công suất với anten, nghĩa là đảm bảo truyền công suất tín hiệu ra anten với hiệu suất cao nhất

Bộ điều chế dùng để điều chế dao động cao tần máy phát bằng các tín hiệu tin tức cần truyền

2 Các chỉ tiêu kỹ thật của máy phát :

* Các chỉ tiêu kỹ thật của cơ bản máy phát :

- Dải tần công tác và độ ổn định tần số công tác

- Công suất ra, hiệu xuất

- Dạng và số lượng tín hiệu cần truyền

- Chất lượng điều chế tin tức

Dải tần công tác của máy phát (hay hệ thống viễn thông) phụ thuộc vào mục

đích sử dụng của chúng Dải tần công tác sẽ quyết định hệ thống cộng hưởng, dạng dụng cụ sử dụng trong tuyến tần số cao của máy phát, máy thu

Các thiết bị thu phát có thể làm việc trên một vài tần số cố định hay trong một dải tần Các máy phát thanh, phát hình thường làm việc trên một vài tần số (kênh) Các hệ thống thông tin di động làm việc trong một dải tần phù hợp Còn các hệ thống thông tin thường căn cứ vào yêu cầu sử dụng sẽ làm việc trong các dải tần số khác nhau Hiện nay có những thiết bị thông tin dải tần làm việc từ vài chục KHz đến vài GHz

Với máy phát có hệ số bao tần rộng (

đều trong dải tần nói chung và băng tần nói riêng

Trong hệ thống thông tin hiện nay, độ ổn định tần số cao là một yêu cầu rất quan trọng để đảm bảo thông tin không tìm kiếm và điều chỉnh trong quá trình làm việc Đồng thời chỉ tiêu này cũng quyết định đến số lượng đường thông tin và chất lượng truyền tin trong từng đường

Như chúng ta đã biết, tần số của dao động tự do trong mạch dao động phụ thuộc vào điện cảm, điện dung và mức độ nhỏ hơn vào tiêu hao của mạch cộng hưởng Ba tham số này không chỉ do bản thân mạch dao động tạo nên mà còn phải tính đến các ảnh hưởng của các phần tử mạch ngoài ảnh hưởng tới Nhiệt độ

và các tham số khác (độ ẩm, áp suất) của môi trường xung quanh ảnh hưởng đến giá trị điện cảm, điện dung và dẫn đến thay đổi tần số riêng của mạch dao động

Sự thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho các phần tử tích cực cũng làm thay

đổi điện dung giữa các cực, điện dung giữa các mặt ghép, hay nói tổng quát là các trở kháng của dụng cụ điện tử được sử dụng trong mạch

Tất cảc các nguyên nhân dẫn đến ảnh hưởng đến giảm độ ổn định tần số của

bộ dao động chuẩn cần phải được khắc phục và loại trừ Để tạo tần số ổn định cao, trong bản thân mạch dao động người ta sử dụng các linh kiện có chất lượng cao, dùng tầng đệm cách ly bộ dao động chuẩn với các tầng khác, điện áp cung cấp cũng được ổn định Bản thân mạch dao động và toàn thiết bị được bảo ôn và chống rung xóc

Với các yêu cầu nâng cao độ ổn định số người ta dùng thạch anh làm hệ thống cộng hưởng và cùng với việc tạo mạng tần số, người ta sử dụng các hệ thống mạch vòng giữ pha (PLL) trong các bộ tổ hợp tần số Hiện nay đó là giải pháp duy nhất để đảm bảo độ ổn định tần số công tác cao trong dải tần công tác rộng

Độ ổn định tần số thường được đánh giá theo sai số tương đối giữa tần số thực tế và tần số danh định

Các thiết bị hiện nay có thể đảm bảo giá trị sai số nhỏ hơn 10-5 Cũng có thể

đánh giá theo giá trị sai số tuyệt đối tần số trong khoảng thời gian qui định nào

đó Ví dụ sau khi mở máy 30 phút sai số là 100 Hz; sau 2 giờ là 150 Hz

Công suất của máy phát thường xác định là công suất dao động cao tần cực

đại đưa tới anten khi không điều chế, bức xạ liên tục Trong những trường hợp riêng (phát tín hiệu xung, trong các hệ thống thông tin có sự thay đổi biên độ cao tần) người ta có thể đưa ra khái niệm công suất trung bình, công suất đỉnh Khi

đánh giá chỉ tiêu công suất ra của máy phát, bao giờ người ta cũng tính hiệu xuất

Hiệu xuất của máy phát được xác định theo công thức :

(%)

ra o

P P

Trong đó : (P ra) công suất ra của tín hiệu cao tần máy phát

)

(P0 công suất tiêu thụ của toàn bộ máy phát

Với các máy phát đặt trên các phương tiện mang vác, di động và khi công suất ra lớn cần phải tăng hiệu xuất Điều này sẽ làm tăng thời gian làm việc của nguồn cung cấp, cũng như tính kinh tế khi thiết kế các máy phát có công suất lớn

Một trong các chỉ tiêu cần được chú ý là mức điện áp tần số phụ Để không gây nhiễu các đài khác, tăng hiệu xuất (tập trung công suất vào tần số cần phát), mức độ suy giảm các tần số phụ càng cao càng tốt Việc suy giảm này được thực hiện nhờ hệ thống lọc ở tầng ra máy phát

Để tin tức cần truyền không bị méo, việc điều chế tín hiệu trong các bộ điều chế và truyền tín hiệu đã điều chế qua các tầng của máy phát không được làm méo dạng tin tức ban đầu Đánh giá độ méo tin, theo hệ số méo đã biết Ngoài những chỉ tiêu cơ bản trên, người ta còn yêu cầu dải nhiệt độ, áp suất công tác, yêu cầu kích thước, độ chống ẩm và chống rung xóc Khi thiết kế điện và thiết kế kết cấu ta phải giải quyết các phương án tốt nhất theo các yêu cầu trên

1.2 sơ đồ Chức năng, chỉ tiêu chất lượng của máy thu

1 Sơ đồ chức năng và các phần cơ bản của máy thu

Máy thu cần phải bao gồm các khâu để thực hiện các quá trình sau:

- Tách từ tất cả tập hợp dao động điện nhận được trên anten thu do các trường điện từ bên ngoài không gian cảm ứng vào, lấy ra tín hiệu cần thu từ máy phát (nguồn phát) tín hiệu cần nhận truyền tới

- Khuếch đại tín hiệu cao tần

- Giải điều chế (tách sóng), nghĩa là biến đổi điện áp cao tần được điều chế bởi tin tức thành điện áp thay đổi theo quy luật điều chế

- Khuếch đại tín hiệu sau tách sóng

Hiện nay, sơ đồ khối của máy thu theo nguyên tác biến tần (một lần hoặc hai lần)

là phổ biến và khi phân tích sơ đồ máy thu, chúng ta dựa trên sơ đồ này

(hình 1 - 2)

Mạch vào ghép anten với máy thu và sơ bộ tách tín hiệu có tần số cần nhận

Thiết bị vào gồm các hệ thống mạch dao động cộng hưởng điều chỉnh ở tần số

cần nhận ( f th) hoặc bộ lọc dải tần xác định

Hình1 - 2 Sơ đồ khối máy thu đổi tần

Bộ khuếch đại cao tần dùng để khuếch đại tín hiệu trong dải tần công tác

của máy thu Các bộ khuếch đại cao tần đa số là các bộ khuếch đại cộng hưởng

hoặc bộ khuếch đại dải Nhờ hệ thống cộng hưởng được sử dụng trong các bộ

khuếch đại cao tần và trong mạch vào đảm bảo cho máy thu thực hiện được

nhiệm vụ suy giảm các loại nhiễu ngoài dải tần số tín hiệu, đặc biệt là nhiễu có

tần số ảnh và tần số trung gian

Tín hiệu có ích nhận được sau khi được khuếch đại bằng bộ khuếch đại cao

tần đưa tới bộ trộn tần Đồng thời đưa tới bộ trộn tần có dao động ngoại sai với

tần số Trong bộ trộn tần ta sử dụng các phần tử không đường thẳng hoặc

tham số để thực hiện nhiệm vụ trộn hai điện áp có tần số khác nhau : tín hiệu

( ) và ngoại sai ( ) ở đầu ra bộ trộn tần ta được dòng điện có tần số tổ hợp

nm mf nf

Nếu ta sử dụng các bộ lọc có tần số cộng hưởng ở một trong các tần số này

ta sẽ thu được điện áp tần số khác với tần số tín hiệu, gọi là tần số trung gian Sau

bộ trộn tần là các tầng khuếch đại tần số trung gian

Trong các máy thu hiện đại, thường sử dụng hai lần trộn tần Tần số trung gian thứ nhất (sau bộ trộn tần thứ nhất) có thể thay đổi trong dải tần (khi đó tần

số ngoại sai thứ nhất cố định), còn tần số trung gian thứ hai cố định (tần số ngoại sai thứ hai thay đổi trong một dải tần)

ưu điểm của việc sử dụng sơ đồ máy thu đổi tần và tần số trung gian cố

định:

- Phân phối độ khuếch đại của máy thu trên nhiều tần số công tác Điều này

đảm bảo cho máy thu có độ ổn định cao và hệ số khuếch đại lớn

- Tần số trung gian (có thể là tần số trung gian thứ hai) thấp và cố định Khi

đó ta có thể sử dụng hệ thống mạch chọn lọc phức tạp để đảm bảo độ chọn lọc cao và đặc tuyến chọn lọc theo yêu cầu Đồng thời bộ KTG làm nhiệm vụ khuếch

đại tín hiệu tần số cao chủ yếu trong máy thu

Sau tách sóng (giải điều chế) tín hiệu được bộ khuếch đại tần thấp (tần số

điều chế) tiếp tục khuếch đại để đưa tới thiết bị cuối của máy thu

Tuỳ thuộc vào công dụng của máy thu, thiết bị cuối có các dạng khác nhau: loa, máy truyền chữ, máy fax, ống tia điện tử

2 Chỉ tiêu chất lượng của máy thu :

Tính chất của máy thu được đặc trưng bằng một loạt các chỉ tiêu và cũng như máy phát nó phụ thuộc vào các công dụng, và cấp của máy thu Dưới đây ta phân tích các chỉ tiêu chủ yếu của máy thu:

- Độ nhạy: Độ nhạy của máy thu được xác định bằng giá trị nhỏ nhất của sức điện động hay công suất của tín hiệu cần thu trên anten để thiết bị cuối máy thu làm việc bình thường (với độ tin cậy và sai số cho phép)

Do điều kiện tác động nhiễu ngoài máy thu có mức độ rất khác nhau: (tuỳ thuộc vào thời gian, vào dải tần công tác.), nên khi xác định độ nhạy máy thu người ta chỉ xác định ảnh hưởng do tạp âm nội bộ gây ra

- Dải tần công tác: Dải tần công tác của máy thu cũng giống như của máy phát Nó được xác định theo dải tần số làm việc của máy thu mà các chỉ tiêu chất lượng chỉ thay đổi trong giới hạn cho phép Đôi khi trong một số điện đài dải tần công tác của máy thu khác với dải tần công tác của máy phát Trong các máy thu chuyên dụng, dải tần công tác cũng được phân thành các băng tần theo những nguyên tắc để đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật được đồng đều trong toàn bộ dải tần

Độ chọn lọc : Đánh giá khả năng máy thu làm suy giảm tín hiệu ở tần số khác với tần số công tác (tần số tín hiệu cần thu)

Khó khăn nhất là làm suy giảm các nhiễu có tần số gần với tần số tín hiệu cần nhận (nhiễu lân cận) Vì vậy để đánh giá độ chọn lọc của máy thu bao giờ cũng đưa ra độ chọn lọc tần số lân cận Để thực hiện chọn lọc theo nhiễu lân cận, người ta cũng sử dụng các hệ thống chọn lọc phức tạp và đánh giá qua đặc tuyến cộng hưởng của máy thu

Trong các máy thu theo sơ đồ biến tần (một lần hoặc nhiều lần) còn xuất hiện các loại nhiễu có tần số trùng với các tần số trung gian ( )f tg , được gọi là nhiễu tần số trung gian (trực thông) và các tần số có giá trị fả = f th ± f tg, các loại nhiễu có tần số này còn gọi là nhiễu đối xứng (hoặc ảnh) Vì tần số của nó đối xứng với tần số tín hiệu qua tần số ngoại sai

Để loại trừ (suy giảm) tác động của các loại nhiễu có tần số trùng với tần số trung gian và tần số ảnh, cần phải dùng các bộ lọc trước bộ trộn tần và lựa chọn tần số trung gian cho phù hợp

Khi nghiên cứu tác động của nhiễu đến hoạt động của máy thu người ta phân hai trường hợp:

Một: khi đầu vào tác động từng tín hiệu riêng rẽ Khi đó độ chọn lọc do các

hệ thống chọn lọc giải quyết Và người ta đưa ra khái niệm chọn lọc một tín hiệu (chọn lọc tuyến tính - do các hệ thống cộng hưởng tuyến tính gây ra)

Hai: Trong thực tế làm việc của máy thu, đồng thời có nhiều tín hiệu tác

động, lúc đó người ta dùng khái niệm độ chọn lọc nhiều tín hiệu Do trong các mạch có sử dụng các phần tử không đường thẳng, nên gây ra hiện tượng tin tức

điều chế tín hiệu nhiễu đồng thời điều chế cả tín hiệu có ích Hiện tượng này người ta gọi là điều chế giao thoa Để giảm nhỏ tác dụng nhiễu giao thoa phải giảm biên độ tín hiệu đầu vào và điểm làm việc cho phù hợp

- Chỉ tiêu chất lượng tin tức thu được gồm có dải tần tin (với tín hiệu âm thanh), tốc độ truyền tin (cho truyền tin tức điện báo), các đặc trưng tín hiệu ảnh

và độ méo của các loại tín hiệu đó Tuỳ thuộc vào thiết bị cuối, sẽ yêu cầu chỉ tiêu đầu ra khác nhau (điện áp, công suất ) Độ méo tín hiệu ở đầu ra máy thu thường được đánh giá theo hệ số méo không đường thẳng

- Trong thực tế khi thu, cường độ của tín hiệu thay đổi trong phạm vi rất rộng, có thể đạt đến hàng triệu lần Để giữ cho mức tín hiệu đầu ra không thay

đổi quá giới hạn cho phép, trong máy thu người ta sử dụng các mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (TĐK)

Ngoài các chỉ tiêu trên, trong máy thu cũng như máy phát cần yêu cầu nguồn điện (nguồn một chiều, xoay chiều): dòng điện khi thu, khi phát; giới hạn cho phép thay đổi tần số nguồn điện Với các máy thu chuyên dụng người ta còn

có những yêu cầu riêng, phù hợp với mục đích sử dụng

Chương 2 Tạp âm 2.1 Khái niệm về tạp âm

Trong khi hoạt động các thiết bị điện tử thường bị các tác động của các tín hiệu khác ngoài tín hiệu có ích Những tín hiệu khác ấy ta gọi là tín hiệu nhiễu (hay đơn giản gọi là nhiễu)

Các tín hiệu nhiễu có thể có nhiều nguồn gốc khác nhau nhưng người ta thường chia ra làm 2 loại: Nhiễu bên ngoài và nhiễu bên trong

Nhiễu bên ngoài là các loại tín hiệu không có ích từ bên ngoài thiết bị điện

tử đang sử dụng tác động lên nó Nhiễu bên ngoài có nhiều nguồn gốc khác nhau, chúng có thể là các bức xạ điện từ trong khí quyển hoặc từ ngoài vũ trụ đưa đến Cũng có thể là các bức xạ điện từ do hoạt động điện công nghiệp sinh ra Thậm chí chúng có thể là bức xạ tín hiệu có ích của các thiết bị phát vô tuyến gây nên một cách vô tình hay hữu ý

Nhiễu bên trong là do những xáo động nhiệt điện sinh ra ở trong bản thân

thiết bị của chúng ta đang làm việc Các xáo động nhiệt điện đó là do sự chuyển

động của các hạt mang điện ngay trong bản thân thiết bị điện tử sinh ra, như trong

đèn điện tử, bán dẫn, dây dẫn, điện trở Các hạt này trong điều kiện nhiệt độ bình thường, đều chuyển động một cách hỗn loạn theo quy luật ngẫu nhiên

Sự chuyển động hỗn loạn đó sinh ra các dòng điện dao động mà ta gọi là tạp

bố đồng đều trong dải tần tín hiệu vô tuyến

Tạp âm làm ảnh hưởng đến sự hoạt động của thiết bị điện tử không kém gì nhiễu bên ngoài Do đó ta cần nghiên cứu nó để tìm cách khắc phục

2.2 Các đặc trưng thống kê của tạp âm

Bản chất tạp âm là những xáo động dòng điện hay điện áp sinh ra trong bất

kỳ vật dẫn điện nào, do sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các điện tử tự do trong vật dẫn ấy

Đồ thị điện áp hay dòng điện tạp âm (trong toán học ta gọi là những hiện thực của hàm điện áp hay dòng điện tạp âm) với cùng những khoảng thời gian bằng nhau là biểu hiện số hoàn toàn khác nhau

Bởi vậy khi biết một số lớn các hiện thực, ta cũng không thể biểu diễn chính xác được một hiện thực sau đó Chúng lại rất hiếm giá trị cực đại, còn giá trị trung bình của chúng thường bằng không Cho nên chỉ có thể đánh giá các điện

áp và dòng điện tạp âm bằng các đặc trưng thống kê

Để đơn giản, ta giả thiết tạp âm có giá trị tức thời của dòng điện điện áp tuân theo quy luật phân bố chuẩn Điều này về lý thuyết cũng như thực nghiệm là hoàn toàn có thể chấp nhận được

Trong đó: u ta (t) là giá trị tức thời của điện áp tạp âm;

T là khoảng thời gian quan sát hiện thực u ta (t) - (hình 2 -1)

U

ư

Hình 2 - 1

Giá trị trung bình của điện áp tạp âm có ý nghĩa vật lý là thành phần một chiều của điện áp tạp âm Nó có thể đo được bằng vôn kế từ điện

1

2

ta ta

u U ta

Trong đó: u ta là giá trị tức thời của điện áp tạp âm

Uta là giá trị hiệu dụng của điện áp tạp âm

Về vật lý, nó nói lên khả năng (hoặc xác suất) suất hiện một giá trị biên độ

u ta nào đó của điện áp tạp âm

3 Giá trị trung bình của bình phương điện áp tạp âm Uta2 :

Giả thiết tạp âm là một quá trình ngẫu nhiên chuẩn, dừng và có tính chất Egôđich, thì giá trị trung bình bình phương của điện áp tạp âm

R(t ,t ) = u u P(u u ).du du (2.4)

Nã nãi lªn sù t−¬ng quan cña ®iÖn ¸p t¹p ©m gi÷a hai thêi ®iÓm kh¸c nhau

2

1,t

t

Do tÝnh chÊt dõng nªn R(t 1 ,t 2 ) chØ phô thuéc τ = −t2 t1 mµ kh«ng phô thuéc

vµo gi¸ trÞ cô thÓ cña t 1 , t 2 Do tÝnh chÊt eg«dich nªn ta l¹i cã thÓ thay phÐp lÊy trung b×nh thèng kª cña tËp hîp b»ng phÐp lÊy trung b×nh theo thêi gian dµi

0

T T

2 ω

∆

ta U

const W

) (

Wv ω = o =

( )ω K

y = Đặc tuyến biên độ tần số chuẩn hoá của mạng bốn cực

tuyến tính Và nó chỉ phụ thuộc vào dạng đặc tuyến biên độ tần số của mạch

( )

2 0

Nếu vẽ đặc tuyến y(f) và y 2 (f), rồi vẽ hình chữ nhật sao cho phần diện tích

chấm chấm bằng phần diện tích gạch sọc, thì đáy hình chữ nhật đó chính bằng

D ta (hình 2 - 4) Nó có giá trị khác với dải thông của mạng bốn cực

R C

Hình 2 - 4 Hình 2 - 5

Về vật lý D ta là dải thông của một mạng bốn cực lý tưởng (có đặc tuyến biên

độ tần số hoàn toàn chữ nhật) chiều cao K 0 , đáy D ta, cho ta ở đầu ra cùng một giá trị trung bình bình phương một điện áp tạp âm như mạng bốn cực thông thường

Để dễ hiểu ta lấy ví dụ: Tính dải tạp âm tương đương cho bộ lọc RC

7 , 0 2

21

1

f D

D RCf

f y

+

=+

Tính tương tự cho mạch lọc LC ta cũng có thể nhận được kết quả:

C R D

D t a

0 7 ,

C R

D

0 7

, 0

ta

Thông thường ta chọn gần đúng để tính toán: B= 1 , 1 ữ 1 , 2

2.4 Tạp âm nhiệt của mạch thụ động

ở trên đã đánh giá tạp âm khi truyền qua một mạch điện Sau đây ta sẽ nghiên cứu phần tạp âm do các mạch điện sinh ra: nói cách khác là nghiên cứu,

đánh giá tạp âm của bản thân thiết bị

Mọi thiết bị điện tử đều gồm các mạch thụ động và mạch điện tích cực

Mạch điện thụ động là các mạch điện không chứa những nguồn năng

lượng Ví dụ: Những mạch điện chỉ gồm các loại linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm hợp thành như khung dao động, các mạch lọc thì gọi là mạch điện thụ

động

Mạch điện tích cực (hay chủ động) là các mạch điện có chứa nguồn năng

lượng (nguồn dòng và nguồn áp), như có chứa các đèn điện tử, điốt, transistor, nguồn dao động thì gọi là mạch điện tích cực

Mục này ta nghiên cứu tạp âm do các mạch điện thụ động sinh ra

1 Tạp âm của điện trở thuần

Điện trở thuần (cũng như dây dẫn) luôn có trong nó

các điện tử tự do ở trạng thái chuyển động nhiệt hỗn loại

giữa các mạng tinh thể Tốc độ chuyển động của chúng

phụ thuộc vào nhiệt độ bản thân của điện tử, nghĩa là của

điện trở Khi điện tử chuyển động, ta có một dòng điện

cực nhỏ tương đương chạy trong điện trở và do đó hai

đầu điện trở sẽ có một điện áp Vì số điện tử rất lớn,

chuyển động của chúng rất ngẫu nhiên, nên điện áp ở hai

đầu điện trở do chúng tạo thành là tạp âm Ta gọi là tạp

Hình 2 - 6

âm nhiệt của điện trở Một điện trở chỉ không sinh tạp âm khi nó ở nhiệt độ 0otuyệt đối (-2730C)

2 Tạp âm của mạch RC

Để tính toán tập âm của mạch RC nh− bên, ta hãy xét quan hệ năng l−ợng

đặc tr−ng cho tạp âm nhiệt của mạch

Trong RC, khi cân bằng nhiệt động học nó có năng l−ợng trung bình là:

U phụ thuộc D ta chính là vì mạch RC có đặc tr−ng biên độ tần số nhất

định, nên nó chỉ cho tạp âm trắng của điện trở nằm trong vùng của đặc tr−ng biên

độ tần số của nó tức là trong D ta qua

Cũng cần nhấn mạnh là tạp âm của mạch thụ động chỉ do điện trở R sinh

ra R bị nung nóng ở T 0 , tức là nó tiêu thụ một nhiệt năng vậy nó phải sinh ra năng lượng là dòng điện tạp âm (điện áp tạp âm) Còn các phần tử điện kháng chỉ làm nhiệm vụ tích tụ năng lượng, không tiêu thụ năng lượng, nên nó không thể sinh ra năng lượng được Nhưng những phần tử điện kháng lại tác dụng trên lên

đặc tuyến biên độ tần số, do đó, nó tác dụng đến D ta của mạch thụ động

Vậy công thức Naiquist là công thức tính tạp âm của điện trở R ở nhiệt độ

T 0 nào đó và nằm trong một mạch điện có D tanhất định

Để tiện nghiên cứu sau này, người ta đặc trưng tính chất tạp âm của điện trở thuần R bằng một nguồn áp tạp âm tương đương có điện trở nội R không gây nên tạp âm, hay bằng một nguồn dòng điện tạp âm

= là điện dẫn trong không sinh tạp âm của nguồn

Lúc đó người ta biểu diễn những nguồn ấy như (hình 2- 7)

Giá trị công suất danh định của tạp âm nhiệt đưa đến tải phối hợp trở kháng

L

er

ρ

= cho nên thay vào:

U ta = 4kT R D o o ta (2.23)

0

R là điện trở cộng hưởng tương đương của khung LC

Công suất tạp âm danh định của mạch LC :

24

Như vậy phụ thuộc chủ yếu vào và của mạch Do đó muốn giảm

thường do yêu cầu chọn lọc quyết định

2.5 Tạp âm của anten thu

ở những thiết bị thu vô tuyến điện, tạp âm của anten thu sẽ đưa thẳng vào thiết bị và mức độ tạp âm không phụ thuộc vào sự hoàn thiện của thiết bị, đôi khi

nó còn có tác dụng quyết định đến khả năng thu tín hiệu của thiết bị Cho nên ta cần đánh giá tạp âm này

Tạp âm anten thu là do điện trở tổn hao của bản thân anten sinh ra Điện trở này dưới tác động nhiệt sinh ra tạp âm nhiệt, do đó nó do nhiệt độ của anten (thông thường lấy T = 300

th

R

0 K) quyết định

Theo công thức Naiquist, thành phần tạp âm tiêu hao sẽ bằng:

U bt2 = 4kTR D th ta (2.24) Tương tự, người ta đánh giá tạp âm bên ngoài (tác động của các loại tạp âm bên ngoài đưa tới) bằng tạp âm do một điện trở thuần bằng điện trở bức xạ RΣ

của anten sinh ra ở một nhiệt độ TΣ nào đó

U tabx2 = 4kT R DΣ Σ ta (2.25) Như vậy T thực chất chỉ là một nhiệt độ tạp âm tương đương nào đó (không có thực), để nếu điện trở thuần bằng

Σ

RΣ ở nhiệt độ ấy, nó sẽ sinh ra tạp

âm nhiệt bằng toàn thể tạp âm bên ngoài, thực tế tạo trên anten

Do tính chất độc lập thống kê của hai loại tạp âm với nhau, ta có thể tính tạp

âm chung của anten bằng :

Là nhiệt độ tạp âm tương đương của anten

Ta : Giá trị tính toán, là một nhiệt độ không có

thực Nó có ý nghĩa vật lý như nhiệt độ của điện trở thuần có giá trị bằng RA sao cho nó sinh ra một giá trị trung bình bình phương điện áp tạp âm như anten thu thực tế đã sinh ra (U2

2.6 Tạp âm của dụng cụ điện tử và bán dẫn

Dụng cụ điện tử và bán dẫn là những nguồn dòng hoặc nguồn áp để biến năng lượng của điện áp một chiều thành những năng lượng của tín hiệu cần gia

công Chúng tạo thành các mạch điện tích cực Chúng ta cần xác định đánh giá

định lượng tác động tạp âm của chúng gây nên trong các mạch điện

1 Tạp âm của đèn điện tử 2 cực

Trước đây ta cho rằng: khi điện áp trên hai cực đèn không đổi thì dòng điện qua đèn là một hằng số Nhưng thực tế trong catốt đèn điện tử, các điện tử tự do chuyển động nhiệt với vận tốc và phương hướng hoàn toàn khác nhau một cách rất ngẫu nhiên Do đó sự thoát điện tử ra khỏi catốt đến anốt cũng thay đổi một cách rất ngẫu nhiên, không đồng đều Ta gọi đó là hiệu ứng hạt trong đèn điện tử Hiệu ứng hạt là sự thoát điện tử ra khỏi catốt đèn không đồng đều, một cách ngẫu nhiên, ứng với những khoảng thời gian ngắn bằng nhau, làm cho dòng anốt cũng thay đổi một cách ngẫu nhiên xung quanh một giá trị trung bình nào đó Nhưng sự thay đổi đó là nhỏ và rất nhanh, nên ta không thể nhận ra, nếu không có dụng cụ đo đặc biệt Lúc đó coi là dòng anốt không đổi

Hiệu ứng hạt gây nên dòng tạp âm lẫn trong dòng anốt của đèn Ta xét định lượng dòng điện tạp âm ấy trong hai trường hợp

a) Chế độ bão hoà :

Khí Ua của điốt lớn, mọi điện tử khi thoát khỏi catốt đều đến được anốt Khi

đó, mọi sự phát xạ không đồng đều của catốt đều làm dòng anốt bị xáo động tương ứng Xáo động đó chính là dòng điện tạp âm của đèn hai cực Nó được xác

định theo công thức:

I2ta =2eIbhDta (2.31)

Trong đó : e - là điện tích của điện tử

Ibh- là dòng điện bão hoà của đèn hai cực

Nếu không điện tử lại phải nhập vào đám mây (làm cho trường cảm tăng lên) hoặc rơi lại catốt

Như thế lớp điện tích không gian sẽ điều hoà bớt tính chất ngẫu nhiên của dòng anốt, làm cho tạp âm sẽ giảm đi, ở chế độ này dòng tạp âm được tính theo công thức:

I ta2 = 2eI C D a 2 ta (2.32)

Trong đó : Ia là thành phần một chiều của dòng anốt ;

C < 1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của lớp điện tích không gian Ngoài ra ở

đèn hai cực còn có một thành phần tạp âm gọi là tạp âm “dôi” Nó do sự thay đổi cấu trúc của catốt và sự khuếch tán các hạt tạp chất trên bề mặt catốt khi đèn làm việc gây nên Do đó nó có tần số rất thấp (dưới vài trăm Hz) nên thường bỏ qua khi tính toán

Tóm lại ở đèn hai cực thành phần tạp âm chủ yếu là do hiệu ứng hạt gây nên Hiệu ứng này bị lớp điện tích không gian giảm bớt tác dụng, nên ở chế độ

điện tích không gian tạp âm của đèn sẽ ít hơn

Hiệu ứng hạt tồn tại trong cơ chế làm việc của mọi đèn điện tử, cho nên sau này ta không nhắc lại bản chất của nó khi nghiên cứu tạp âm của các đèn điện tử khác nữa

áp điều khiển

Người ta chứng minh được rằng với đèn 3 cực

I ta2 22T K SD ta (2.33)

10 36 ,

=

ư

= (2.34) Trong đó S là hỗ dẫn của đèn 3 cực

Dùng công thức Naiquist ta có thể biểu diễn tạp âm đèn bằng điện trở Rtasao cho ở nhiệt độ chuẩn To = 300oK sẽ tạo ở hai đầu của nó mức tạp âm như tạp

âm của đèn sinh ra tính về mạch lưới

U ta2 = 4kT0R ta D ta (2.35)

Từ đó rút ra : 2, 2.10 3 K

ta

T R

S

ư

= (2.36) Khi catốt oxit TK = 1000o K nên

2, 2

ta R S

= (2.37)

ta R

S

ữ

= (2.38) Công thức này đã tính đến phát xạ thứ cấp và sự ion hoá khí trong đèn Khi dùng khái niệm điện trở tạp âm của đèn, ta có thể biểu diễn tạp âm đèn

3 cực theo (hình 2 - 10)

Hình 2 - 10

3 Tạp âm đèn 5 cực

Trong đèn 5 cực cũng có những nguồn tạp âm như ở đèn 3 cực Nhưng do lưới màn có điện thế dương so với catốt nên phải kể đến tạp âm do sự phân bố lại dòng điện giữa lưới màn và anốt

Người ta chứng minh được rằng :

Rõ ràng là các đèn càng nhiều cực thì tạp âm càng lớn Đồng thời có thể biểu diễn tạp âm đèn nhiều cực giống như đèn 3 cực

4 Tạp âm đèn trộn tần

Đặc điểm của đèn làm việc ở chế độ trộn tần là khi làm việc hỗ dẫn của nó biến đổi theo chu kì điện áp ngoại sai Do đó với đèn ở chế độ trộn tần

I ta2 = 0,36.10ư22T S D K o ta (2.40)

Trong đó : So là hỗ dẫn đặc tuyến vôn - ampe đèn lấy trung bình theo chu kì

điện áp ngoại sai

Nhưng ở đầu ra bộ trộn tần, ta chỉ quan tâm đến thành phần tạp âm ở tần số trung gian, cho nên việc tính điện áp tạp âm về mạch lưới đèn phải qua hỗ dẫn biến tần S bt

bt

2, 2.10 T SR

có thay đổi đi, giống như sự thay đổi tham số của đèn khi làm việc ở chế độ tần thấp và tần số cao

5 Tạp âm của đèn điện tử ở siêu cao tần (SCT)

ở siêu cao tần tạp âm của đèn còn có thành phần tạp âm do cảm ứng Nguyên nhân của nó là do sự kết hợp giữa sự tồn tại hiệu ứng hạt với thời gian bay của điện tử từ catốt đến anốt khá lớn so với chu kỳ dao động của tín hiệu

ở siêu cao tần chu kỳ dao động của tín hiệu rất nhỏ, nên xấp xỉ thời gian bay τ của điện tử giữa các cực Lúc đó, trong mạch lưới của đèn sẽ có dòng điện cảm ứng, mà trị số của nó tăng tỉ lệ với góc bay ϕ=ωthτ Điều này tương đương với việc tạo ra ở mạch mới của đèn một điện dẫn vào gτ, bằng:

2( )20

Hình 2 - 11 Sơ đồ tương đương tạp âm của đèn tích ở mạch lưới sẽ như (hình 2 - 12):

Hình 2 - 12

Trong đó:g ng là điện dẫn ra của nguồn tín hiệu;

g K là điện dẫn tương đương của khung L1,C1;

I ta ng,I taK là tạp âm của nguồn và của khung

Ta có :

2 2 2tan

g g g

τ

Σ Σ Σ

= + + +U (2.46) Vì các thành phần tạp âm này độc lập thống kê với nhau

Trong đó : gΣ =g ng +g K +gτ (2.47) Thay giá trị Ita vào các công thức trên ta có thể viết được kết quả :

7 Tạp âm của bán dẫn

Nói chung tạp âm của điốt bán dẫn và transistor cũng có bản chất vật lý

giống như ở đèn điện tử vì nó cũng có các dòng của những hạt mang điện thoát từ

cực này qua cực khác qua các mặt ghép Ngoài ra mỗi một khối bán dẫn cũng có

điện trở nhất định nên còn có tạp âm nhiệt của điện trở khối bán dẫn nữa

a.Tạp âm của điôt bán dẫn

Trong điôt bán dẫn có ba thành phần tạp âm chủ yếu:

- Tạp âm nhiệt của điện trở khối bán dẫn;

- Tạp âm hạt của lớp mặt ghép (lớp ngăn cách) hai khối;

Khi đó có thể biểu diễn tạp âm tương đương cho điốt theo sơ đồ

(hình 2 - 13), trong đó g d là điện dẫn vi phân của lớp ngăn

= = + (2.51)

~ Ita

taU

Trong nhiều trường hợp tạp âm của điôt được đánh giá bằng các nhiệt độ tạp

âm t d , hoặc bằng hệ số tạp âm của điôt , hoặc điện dẫn tạp âm tương đương Những giá trị này thông thường được xác định theo công thức hoặc số liệu sổ tay của riêng từng điốt khi sản xuất ra đã thử nghiệm đo được

ta

N

a Tạp âm của Transistor

Trong Transistor có bốn thành phần tạp âm chính:

- Tạp âm nhiệt của điện trở các khối bazơ ( )r b , collector ( )r a và emitter ( )r a

- Tạp âm hạt của các mặt ghép emittor và collector ;

- Tạp âm do sự phân phối lại dòng emittor giữa base và collector;

- Tạp âm “dôi” mà ta bỏ qua vì ở tần số thấp

Trong các khối bán dẫn thì ( )r b là có giá trị lớn nhất, nên ta chỉ tính tạp âm nhiệt của transistor do (r b) gây nên :

h21 là hệ số truyền đạt dòng điện transistor

Như vậy ở collector có hai nguồn tạp âm độc lập thống kê với nhau :

Khi đó ta có thể biểu diễn tạp âm tranzitor như sơ đồ (hình 2 - 14)

~

e

yIr

tabU

br

e

r

taeU

e

b

k

Hình 2-14 Trong sơ đồ (hình 2 - 14), đặc trưng cho tính chất khuếch đại của transistor

a

y I r

Thông thường với transistor có thể tính toán bằng số tạp âm của nó theo công thức :

2 ' 221

b e ng th

Trong đó : f thlà tần số tín hiệu mà transistor làm việc ;

f gh là tần số giới hạn của transistor ;

R′ ng là điện trở ra của nguồn tín hiệu được tính toán đến đầu vào của transistor

Sau đó có thể coi N là hệ số tạp âm (xem phần sau) của tầng khuếch đại cao tần đầu tiên nếu tầng này dùng transistor

2.7 Hệ số tạp âm và độ nhạy máy thu

Mức độ tín hiệu ở đầu ra một thiết bị bao giờ cũng phải bằng hoặc lớn hơn một số lần nào đó so với mức độ tạp âm ở đầu ra thì ta mới có khả năng nhận biết tín hiệu ở đầu ra thiết bị Người ta nói rằng, muốn nhận biết tín hiệu ta cần một tỉ

số tín/ tạp ở đầu ra nhất định (bằng hoặc lớn hơn 1)

Khi đánh giá mức độ tạp âm của một bộ phận ảnh hưởng đến tỉ số tín/ tạp ở

đầu ra, ta không phải chỉ tính toán xem nó sinh ra lượng tạp âm bằng bao nhiêu,

mà còn phải đánh giá xem mức độ tạp âm bộ phận đó sinh ra bằng bao nhiêu phần tạp âm tổng cộng ở đầu ra của bộ phận ấy nữa Có như thế mới thấy bộ phận

ấy làm xấu tỷ số tín/ tạp như thế nào

Như vậy ta phải giải quyết hai vấn đề chính là :

- Tương quan giữa tạp âm bản thân và tạp âm toàn bộ ở đầu ra (hay tạp âm

đầu vào) của bộ phận

- Vị trí vai trò của các bộ phận trong thiết bị ảnh hưởng thế nào đến tạp âm toàn bộ của thiết bị

Các vấn đề trên được giải quyết bằng các định nghĩa sau về hệ số tạp của một tầng và nhiều tầng

tara thra P P

Người ta định nghĩa hệ số tạp âm là tỉ số giữa tỉ số tín/ tạp ở đầu vào với tỉ

số tín/ tạp ở đầu ra của mạng 4 cực tuyến tính

thv tav thra tara

P P N P P

= (2.58)

Biến đổi ta nhận được :

thv tav thv tara thra tara thra thra tav tara tav po

Rõ ràng N luôn lớn hơn 1 Điều đó cho thấy ý nghĩa vật lý của hệ số tạp âm

N Đó là một số nói lên do có tạp âm bản thân, nên tỉ số công suất tín hiệu trên công suất tạp âm (tỉ số tín/ tạp) ở đầu vào lớn hơn ở đầu ra bao nhiêu lần (xấu đi bao nhiêu lần)

Người ta cũng biểu diễn N theo đềxiben Khi đó :

Ndb= 10 lgN (2.62)

Từ định nghĩa hệ số tạp âm ta thấy, nó có thể biểu diễn bằng tỉ số giữa công suất, giá trị trung bình của bình phương điện áp hoặc dòng điện tạp âm trên tải và nguồn tính ở đầu ra hay đầu vào của mạng 4 cực

Để đánh giá hệ số tạp âm của các tầng khác nhau chúng ta phải chuẩn hoá phần tạp âm đầu vào , coi phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và đầu vào mạng bốn cực Do đó người ta dùng nguồn tạp âm chuẩn đầu vào có:

tav

P

ta o tavo kT D