Giao trinh Điện Tử Thông Tin

Các bước thiết kế bộ KĐCSCT khi chưa kể đến ảnh hưởng củamạch ghép đầu vào và đầu ra Chú ý: các bước thiết kếkhông nhất thiết theo trình tự đưa ra 0- Xác định phạm vi làm việc của Transi

PHAÀN I

LYÙ THUYEÁT

Trang 1

Chương 1: MẠCH LỌC TÍCH CỰC

1.1Hàm truyền có đáp ứng phẳng tối đa:

Còn gọi là hàm Butterworth Khi bậc của bộ lọc tăng lên, tầnsố cắt không thay đổi, nhưng độ dốc của bộ lọc tăng dần đếnlý tưởng Khi thiết kế các bộ lọc bậc cao: 3, 4, 5 ta dựa vào bảngcác hàm Butterworth đã chuẩn hóa

1.2 Mạch lọc tích cực bậc nhất

a- Mạch lọc thông thấp bậc nhất: LTT1

Hàm truyền:    

  1 R CS

AS

V

SVSH

1 1

0 1

R

R1

R2

R3

Bộ khuếch đại khong đảo



C0

AV0H(S)

C1

R1

R2

+ -

Bộ khuếch đại đảo

Hàm truyền:    

  1 R CS

AS

V

SVSH

1 2

0 1

R

R

1 2 C

CR

11

AS

V

SVSH

1 1

0 1

R

R

1 1 t

CR



1 1

2 1 2

2

0

CCR

2R



1 2 2 0 2

CR

1C



1

2 0

R

R

3 2 2 1

2

0

RRCC

0 2

1

2

b

A1b4C

1 0

1 2

Cf4

bR

2 0 2

2 3

RCCf4

bR

Mạch LTT2 dùng hồi tiếp dương

Nếu chọn 2

1

2 1

2

b

b4C

C

Thì

1 0

1 2

1

Cf4

bR

2

0

CCRR

R

R123

2

0

RRC

0 1

Bộ LTC dùng hồi tiếp dương

2 1

1 1 0

R'RC2

1R

RR

RRC2

1f

R2

RC

2 1 3 3

RRR2

1CR2

1

CR

1Q

fD

2 1

RR

RR'

Bộ LTD hồi tiếp âm 2

vòng

min 

max

D

Q

H

ZSH

1f



2 2

1f



2 1

1f

f

flg10dB

f2

f3

40dB

-Chương 2: KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN

(KĐCSCT)

2.1 Góc cắt của bộ KĐCSCT:

Góc cắt tính theo độ:

T

tT

Hình 2-1 Dạng đặc tuyến động và giản

đồ thời gian của dòng điện ở chế độ C

- f0  f: tần số thấp, các tham số được coi là không thay đổi;

hfe = 0;

- 0,3f  f0  3 f: tần số trung bình, các tham số của Transistor thayđổi và xuất hiện điện trở ký sinh (rbb’), điện dung ký sinh(Cb’e, Cb’c)

2 0

fe 2

fj

Trong giáo trình Điện tử thông tin chủ yếu chúng ta sẽ

nghiên cứu bộ KĐCSCT ở tần số thấp và tần số trung bìnhvà chỉ xét ở chế độ kém áp (Transistor như mộ nguồndòng)

2.3 Bộ KĐCSCT dùng Transistor

1 Bộ KĐCSCT dùng Transistor ở chế độ kém áp mắc Emitter chung.

Các bước thiết kế bộ KĐCSCT khi chưa kể đến ảnh hưởng củamạch ghép đầu vào và đầu ra (Chú ý: các bước thiết kếkhông nhất thiết theo trình tự đưa ra)

0- Xác định phạm vi làm việc của Transistor theo (2-2) để vẽ sơ đồtương đương tín hiệu nhỏ chó đúng

1- VCC = (0,5  0,8)VCEmax cho phép

2- Chọn góc cắt:  = 600  900

Trang 9

CC

LC+

VBB-

Rtđ1I’n

R1 C*

b’e

3- Chọn hệ số lợi dụng điện áp: 1 = 0,85  0,95 = VCm1/VCC.

4- Xác định biên độ hài bậc nhất trên Collector: VCm1 = 1VCC.5- Xác định các dòng điện:

  *

1

1 Cm

i    ; I 'n Ibm; *

CO BO

II



  Cm 1 1

* e ' b

* M

RCCC

'

C

* ' b

* e '

C

Nếu kể cả rb’e ta có: Z’iEC = rb’e//ZiEC

Nếu rb’e >> ZiEC ta có Z’iEC  ZiEC

Nếu rb’e so sánh được với ZiEC ta có:

0

e ' b 2

0 e ' b e ' b

e ' b iEC

1

rC

r1

rZ

7- Biên độ điện áp kích thích vào: Vbm1 = I’n|ZiEC|

8- Công suất vào của nguồn kích thích:

nR C



T

fe e

' b e

'

b

h1C

e ' b e

' b T

fe

1C

,

0

)(Z'V

V

0

* n n

0

* n n BE

1 Cm tđ

* L

I

VR

12- Công suất nguồn cung cấp: PCC = ICOVCC

13- Công suất hữu ích trên tải

tđ

2 1 Cm tđ

2 1 Cm 1

Cm 1 Cm

L

R

V2

1RI2

1I

V

2

1

14- Công suất tiêu tán trên Collector: PC = PCC – PL

15- Hiệu suất của mạch: PP 21 (( ))

0

1 CC

Trong thực tế thường công suất ra trên tải được biết trước nên

ta có thể tính các bước 0  4, 13, 11, 5,

2 Bộ KĐCSCT dùng Transistor ở chế độ kém áp mắc Base chung.

2 0

C

e ' b iEC

Cj

1Z

0

CL

1

f  với

C

* c ' b

r

Rtđ1

* b’e

Rtđ1 = 0Q0LC 

0 0

1 tđ

RL



 với Q0 = 50  100

C

2 0 2 C

Lf4

1C

Lf4

1C

b’ tính theo bước 6 ở trên

2.4 Bộ nhân tần dùng Transistor

Mục đích của bộ nhân tần:

- Nâng cao tần số sóng mang

- Mở rộng thang tần số làm việc

- Nâng cao chỉ số điều chế trong máy phát FM

- Nâng cao độ ổn định tần số vì không có hiện tượng hồitiếp ký sinh qua Cb’c do tần số hoạt động đầu vào và đầu rakhác nhau

 Tần số cộng hưởng đầu vào:

b b 0

V

CL

VBB-

C C 0

ra

CL

 ; k: hệ số nhân tần của bộ nhân

Các bước thiết kế của bộ nhân tần:

0- Xác định phạm vi làm việc của Transistor theo (2-2)

1- VCC = (0,5  0,8)VCEmax cho phép

2- Chọn góc cắt tối ưu:

5- Xác định công suất hữu ích trên tải ứng với hài bậc k

6- Điện trở cộng hưởng tương đương của mạch ra ứng với hài bậc

1

1 Cm 1 k

1 Cm Cmk

Cmk

I

VI

VR

1 Cm bn

n

n

II

I'

9- Trở kháng vào của tầng

* ' b iEC

Cj

e'CbC

Nếu kể cả rb’e ta có Z’iEC = rb’e//ZiEC (tính như trên)10- Biên độ điện áp kích thích vào: Vbm1 = In|ZiEC|

11- Công suất của nguồn kích thích: i I2nZiEC

0

CL

1



01 0

1 tđ b

b

* e ' b b

Q

RL

;'CCC

CL

1

k  ; với

02 0

tđn C

Qk

RL





Trang 14

Chương 3: CÁC MẠCH TẠO DAO ĐỘNG

3.1 Các vấn đề chung về mạch tạo dao động

- Bộ tạo dao động ở tần số thấp, trung bình: dùng bộ khuếchđại thuật toán + RC hoặc dùng Transistor + RC

- Bộ tạo dao động ở tần số cao: 0,3f  f0  3f dùng Transistor +

LC hoặc dùng Transistor + thạch anh

- Bộ tạo dao động ở tần số siêu cao: dùng Diode Tunel, DiodeGunn

- Các tham số cơ bản của mạch dao động: tần số dao động,biên độ điện áp ra, độ ổn định tần số, công suất ra, hiệusuất

- Trong chương 3 ta chỉ xét mạch dao động LC, dao động thạch anhvà chỉ xét điều kiện dao động của mạch

- Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại

  *

1

* 2 A

*

*

V

Vj

*

V

V

A 

+ A góc di pha của bộ khuếch đại

- Hệ số truyền đạt của bộ hồi tiếp

 ht

*

*

jexp 

+ B góc di pha của bộ hồi tiếp

- Điều kiện pha để mạch dao động:  = B + B = 0,2

Trang 15

Bộ khuếch đại A

Bộ hồi tiếp 

- Điểu kiện biên bộ để mạch dao động: A* .* 1

3.2 Bộ dao động LC dùng Transistor

a- Mạch tạo dao động 3 điểm C kiểu Colpits mắc EC

Rb = R1//R2; R’b = Rb//rb’e  rb’e (nếu Rb >> rb’e)

Các bước thiết bộ tạo dao động 3 điểm C:

1- Xác định phạm vi tần số làm việc của mạch

2- Xác định điều kiện pha

0C

1X

X

2 BE

CV

V

2

1 CE

2 1 2

0 2

CCLf4

1C

- Nếu mạch làm việc ở tần số trung bình, để mạch hoạt động

ổ định ta chọn: C’2 = 10Cb’e  C2 = 11Cb’e rồi từ (2) tính C1, thayvào (1) tính n

4- Hệ số khuếch đại của sơ đồ mắc EC

e 21 C

n

h//

Rph

hSZ

- Ở tần số thấp: h21e = hfe, h11e = hie = rb’e

- Ở tần số trung bình: 0 2

fe

* e 21

1

h

|h

' b

C.f2

1r







- Rk = 0LQ0 thường biết trước 0,L, Q0 (4)

- p: hệ số ghép đầu ra của Transistor với khung cộng hưởng

n1

1C

C

CC

CC

CC

V

V

p

2 1

2 1

2 1

2 1

5- Điều kiện biên độ để mạch dao động: A* .* 1 (6)

b- Mạch tạo dao động 3 điểm C kiểu Colpits mắc BC

1 2

2 1

2 1

K

CE

CC

CC

CC

CC

V

Vp

 Nếu mạch làm việc ở tần số thấp ta có thể chọn n = 0,1

 0,5; từ đó tính C1, C2 vì Ctđ thường tính được

 Nếu mạch làm việc ở tần số trung bình, tính như trên

b 21

h//

Rph

hSZA

 Ở tần số thấp: h21b  1, h11b = hie/hfe

 Ở tần số trung bình:

2

T 0

* b 11

Cf2

1h

VV

Vp

BC

BC K



- Bước 5: Điều kiện biên độ để mạch dao động: A* .* 1

c- Mạch tạo dao động 3 điểm C kiểu Clapp mắc EC

B

C0

- Các bước thiết kế tương tự như mạch dao động 3 điểm C kiểuColpits mắc EC, chỉ khác về Ctđ và hệ số ghép p củaTransistor với khung cộng hưởng.

tđ

0

LC2

1f



0 2 1

1C

1C

1C

- Hệ số ghép p:

1

0 tđ K

CE

C

C1C

CV

V

d- Mạch tạo dao động 3 điểm C kiểu Clapp mắc BC

Các bước thiết kế tương tự như mạch dao động 3 điểm C kiểuColpits mắc BC, chỉ khác về Ctđ và hệ số ghép p

- Khi biết f0, L ta tính được Ctđ, ta sẽ chọn C0 lớn hơn Ctđ một chút

ví dụ: Ctđ = 25pF thì ta chọn C0 = 30pF

2 1 tđ

2 1

2 1

tđ K

BC

CC

CCCCC

CC

CV

3.3 Các mạch dao động dùng thạch anh

a- Sơ đồ tương đương của thạch anh

B

C0

- Lq, Cq, rq là L, C, r của thạch anh (rq = 0)

- Cp: điện dung giá đỡ (Cp = 10  100pF) (Cq = 0,01  0,1pF)

- Tần số cộng hưởng nối tiếp:

q q

q

CL

p

q q

p q p q

p q

p q q

C1C

C1C

C

CC

C

CCL

q

0 q p

2 0

2

q 0

tđ

CC

C

1

 Để thay đổi tần số cộng hưởng riêng của thạch anh ta mắc CS

nối tiếp với thạch anh:

p q q

2 0 q p

S p q q

2 0 S p q S tđ

CCLC

C

CCCLC

CCC

q q

q

CC

C1

q

C2

 Để giảm ảnh hưởng của Cpngười ta mắc tụ C0 song song với

q 0

q q

CC

C1f

p

C2

C

1L

 p q 20 q q p

2 0

2

q 0

tđ

CCLC

C

1L

-2 1

2 1 tđ

2 0

CCL

1C

 Khi tụ CS mắc nối tiếp với thạch anh nó đóng vai trò như tụ C0

trong mạch dao động 3 điểm C kiểu Clapp Khi tính Ltđ, Ctđ ta sẽchọn CS lớn hơn Ctđ một chút, rồi tính C1, C2 như các mạch ởtrên

c- Mạch tạo dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp

Trong loại mạch này thạch anh đóngvai trò mạch hồi tiếp Chỉ đúng tạitần số cộng hưởng nối tiếp củathạch anh thì Zq  0 khi đó B  B’ vàmạch sẽ hoạt động như 3 điểm C kiểuColpits hoặc Clapp và cũng có thểmắc EC hay BC

3.4 Mạch tạo dao động RC

Đơn giản và thông dụng nhất là mạch dao động cầu Wiew

R

D1

Vout

- Tần số dao động:

*

R2R3R

R1

A     

Trang 23

Chương 4: ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ

4.1 Điều biên

a- Phổ của tín hiệu điều biên và quan hệ năng lượng

trong điều biên.

)1(V

2

mVtcosVt

0

0 0

R2

2 0

- Công suất điều biên: 

Đây là điều kiện để chọn Transistor sao cho

PAMmax < PCmax

b- Điều biên Collector

 Điện áp Collector biến đổi theo điện áp âm tần:

tcosVV

 Nếu đầu ra của mạch điều biên là mạch lọc có hiệu suất

CH thì điều biên Collector có công suất đỉnh là:

 

phép cho max C CH

2 0

Đây là điều kiện để chọn Transistor có PCmax cho phép

 Để thiết kế bộ điều biên Collector ta sẽ tiến hành theo haiphần như sau:

PP

PP

0 CH

A AM

m A

khi đã biết P0 ta tiến

hành các bước thiết kế như đối với mạch KĐCSCT (mục 3)

2 Thiết kế phần điều biên: V mV0 mVCm 1

- Phổ của điều biên VAM t (theo 3) và vẽ phổ

Trang 25

- Tính công suất hai biên tần (theo 7).

- Tính hệ số lợi dụng công suất k (theo 9)

- Kiểm tra điều kiện điện áp (theo 12)

- Kiểm tra điều kiện công suất (theo 14)

4.2 Điều tần và điều pha

a- Quan hệ giữa điều tần và điều pha

 Dao động điều hòa sóng mang:

 t V cos t  V cos  t

 Tín hiệu điều chế âm tần: V t Vcost (2)

 Tín hiệu điều tần

 Tín hiệu điều pha PM:

 Khi chỉ tính các thành phần Im(mf)  0,01I0(mf) thì bề rộng dảitần của tín hiệu điều tần chiếm là:

Gọi là điều tần băng hẹp

 Để mf  const khi tần số thay đổi phía phát phải có mạch emphasis và phía thu có mạch de-emphasis

pre-c- Điều tần bằng Varicap

n in

V

eC

 Cin: điện dung ban đầu khi e = 0

 : hiệu điện thế tiếp xúc si  0,7V

 n: hệ số phụ thuộc loại varicap ,1,2

2

1,3

 Trong thực tế ta phải tìm mọi cách để giảm ảnh hưởng củađiện áp cáo tần trên varicap, khi đó: eVcost (4)

 Gọi điện áp AC trên varicap đã chuẩn hóa:

pc

V

ex

0

VC

Vnf5,

0 pc

0

CV

Vnf5,

0 pc

0

CV

Vnf5,

= 0V Để thiết kế mạch điều tần varicap cần tiến hành 2 phần

- Phần thứ nhất: thiết kế để mạch thỏa mãn điều kiện daođộng về pha và biên độ (giống phần 3-2-b)

- Phần thứ hai: thiết kế mạch điều tần varicap Tùy theo cáchmắc varicap vào khung cộng hưởng theo sơ đồ a, b, c mà chọncông thức (8) hoặc (9) hoặc (10) để tính V f f

 Tính f1 = f0 - f  C 4 1f2L

1 2 1 td



  CV1

 Tính f2 = f0 + f  C 4 1f2L

2 2 2 td



  CV2

 Vẽ đặc tuyến CV = f(V)

Mắc varicap đẩy kéo:

Sơ đồ mắc varicap đẩy kéo triệt tiêu được hoàn toàn sóng caotần trên varicap nên các công thức 8, 9, 10 ở trên được tính chínhxác hơn C CC CC C21 C22

2 1

2 1

C

C 1 2   C 025pF

Các bước thiết kế được tiến hành như 2 phần ở trên

d- Ổn định tần số trung tâm của tín hiệu điều tần

Các biện pháp ổn định tần số trung tâm f0 được xếp từ đơngiản đến phức tạp:

- Điều tần trực tiếp bằng thạch anh: độ di tần hẹp, chỉ dùngtrong phát thoại quốc tế

- Sử dụng thạch anh làm bộ dao động: độ di tần hẹp

- Ổn định nguồn cung cấp, sử dụng các điện trở bù nhiệt

- Hạ thấp tần số trung gian của bộ điều tần để nâng caođộ ổn định tần số

- Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC-F: chỉđiều chỉnh thô

- Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số hỗn hợpAFC-F và AFC-P: AFC-F điều chỉnh thô, còn AFC-P điều chỉnhtinh đưa f  0

Chương 5: VÒNG GIỮ PHA PLL

5.1 Những ưu, khuyết điểm của vòng giữ pha PLL

 Ưu điểm:

- Khả năng làm việc ở tần số cao

- Sự độc lập về khả năng chọn lọc và điều hưởng tần sốtrung tâm

- Những linh kiện bên ngoài ít

- Dễ dàng trong việc điều hưởng

 Khuyết điểm:

- Sự thiếu thốn thông tin về biên độ tín hiệu

- Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại khó

5.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của PLL

 Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnhnhững sai sót về tần số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra,nghĩa là PLL làm cho tần số ra 0 của tín hiệu song song bámtheo tần số vào i của tín hiệu vào

 Khi tín hiệu vào đã lọt vào dải bắt của PLL, thì tần số f0 củaVCO sẽ bàm theo tần số vào i

5.3 Một số ứng dụng của PLL.

- Tách sóng tín hiệu điều tần

- Tách sóng tín hiệu điều biên

- Tổng hợp tần số

- Nhân tần số bằng “khóa hài” PLL.

- Điều chế tần số (FSK) và điều chế pha (PSK)

- Đồng bộ tần số

- Bộ lọc bám theo thông dải hoặc lọc chặn

Trang 32

Chương 6: MÁY PHÁT

6.1 Định nghĩa và phân loại máy phát

Một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy phát:

- Công suất ra của máy phát

- Độ ổn định tần số: 3 7

0

1010f







- Chỉ số điều chế AM (m), chỉ số điều tần FM (mf)

- Dải tần số điều chế

6.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát

- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên (AM)

- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB)

- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều tần (FM)

- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát FM stereo

6.3 Các mạch ghép trong máy phát

 Yêu cầu chung đối với các mạch ghép

- Phối hợp trở kháng

- Đảm bảo dải thông D

- Đảm bảo hệ số lọc hài cao

- Điều chỉnh mạch ghép

 Các loại mạch ghép cơ bản

- Ghép biến áp

- Ghép hổ cảm

- Ghép hai mạch cộng hưởng

6.4 Các mạch lọc cơ bản trong máy phát

a- Mạch lọc  đơn.

Trang 33

Ri

RLL

 Hệ số phẩm chất của mạch vào:

i

0 i

L i

R

LR

X

 Hệ số phẩm chất của mạch ra:

L 0 C

0 i

xQQQ

tđ 0

i    (4) với tần số lọccủa mạch:

LC

1

0

b- Mạch lọc  đơn.

 Khi mạch đối xứng C1 = C2 =C

C

i C

L 0 i

X

RX

RQ

với

2

CL

i 1

C

1Q

RRX

2 0 tđ

L

1Q

RRX

0 i

c- Mạch lọc  đôi.

1Q

RQR

tđ

tđ i 1

1Q

RQR

tđ

tđ L 3

2 1 1

3 2 2

2

QQ

Chương 7: MÁY THU

7.1 Định nghĩa và phân loại máy thu:

Một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy thu:

 Độ nhạy: biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thumà vẫn đảm bảo:

- Công suất ra danh định PL

- Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)

 Độ chọn lọc: là khả năng chèn ép các dạng nhiễu khôngphải là tín hiệu cần thu: 1

A

AS

f

0

 Chất lượng lập lại tin tức

7.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu:

 Sơ đồ khối tổng quát mạch khuếch đại trực tiếp

 Sơ đồ khối tổng quát mạch đổi tần AM và FM

 Sơ đồ khối tổng quát mạch đơn biên (SSB)

7.3 Mạch vào máy thu:

Một số chỉ tiêu kỹ thuật của mạch vào:

 Hệ số truyền đạt:

A

0 MV

A

A

 Dải thông D (BW)

 Tần đoạn làm việc

a- Ảnh hưởng của Anten hoặc tầng đầu đến mạch vào

 Tần số cộng hưởng của mạch vào:

 Điện dẫn tương đương lúc cộng hưởng:

L

dCdgR

1

0

0 0

0 0

với

0 0

Q

1

 Khi có ảnh hưởng của điện dẫn anten:

A 0

 Hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng sẽ giảm từ Q0

xuống Qi theo quan hệ:

0 i 2

0

tđ 0

gm1g

gQ

Qd

1C

C2

1f

0



 Nguyên tắc xác định hệ số mắc mạch (m)

- Mức tăng tổn hao không vượt quá giới hạn cho phép

- Sự biến thiên của tham số anten và dẫn nạp vào tầngđầu không gây ảnh hưởng đến chỉ tiêu của mạch vào

 Các mạch lọc nhiễu lọt thẳng (nhiễu tần số trung gian)

b- Các mạch ghép anten với mạch cộng hưởng vào

 Ở f < 30MHz  CA = 50  250pF; rA = 20  60

 Ở f > 30MHz  CA = 10  20pF; rA = 10

7.4 Bộ trộn tần

Thực chất là một tầng khuếch đại cao tầng PF có hai tần sốvào khác nhau và đầu ra bộ đổi tần ta có vô số tần số

Trang 37

mf  Vì đầu ra bộ đổi tần ta đặt một mạch cộng hưởng tạitần số trung gian: ftgfns fth

 Ở băng sóng trung và ngắn: ftg455KHz

 Ở băng sóng FM: ftg10,7MHz

TS 0 TS

mV

VV

m 1

2 m 3

2 m



b- Tách sóng Diode

 Tách sóng nối tiếp: Dựa vào quá trình phóng nạp của tụ

ta sẽ có dạng điện áp âm tần đã tách sóng trên điệntrở tải RL

 Điều kiện để tụ C lọc tần số trung gian ở đầu vào:

R1

2





Vì vậy trong thực tế m 1 m0,70,8

 Điện trở vào tách sóng: