Bài giảng Vô tuyến điện đại cương: Chương 11 - TS. Ngô Văn Thanh

Bài giảng Vô tuyến điện đại cương, chương 11 trang bị cho người học những kiến thức về dao động. Nội dung trình bày gồm có: Tiêu chuẩn cho dao động, dao động Clapp, dao động biến thiên tần số, giới hạn độ lợi, dao động tinh thể.

VÔ TUYẾN ĐIỆN

ĐẠI CƯƠNG

TS Ngô Văn Thanh

Viện Vật Lý

Hà Nội - 2016

Tài liệu tham khảo

[1] David B Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999)

[2] Dennis L Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge

University Press 2011)

[3] Jon B Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge

University Press 2009)

[4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT

[5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT

[6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT

Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/votuyendien/

Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn

CHƯƠNG 10 Dao Động

1 Tiểu chuẩn cho dao động

2 Dao động Clapp

3 Dao động biến thiên tần số

4 Giới hạn độ lợi

5 Dao động tinh thể

1 Tiểu chuẩn cho dao động

 Criteria for Oscillation

 Tiêu chuẩn chung:

 Bộ khuếch đại : G

 Tín hiệu vào x và tín hiệu ra là y

 Mạch hồi tiếp đặc trưng bởi độ suy hao L

• Tất cả các đại lượng đều là số phức

 Nếu G  L : x và y phải bằng zero => không có dao động

 Nếu G  L : cùng biên độ và pha

• Biên độ :

• Pha :

• Biên độ suy hao là đường nằm ngang

 Độ lợi và độ dịch pha của mạch khuếch đại phải

bù lại phần suy hao do mạch hồi tiếp

 Tiêu chuẩn về biên độ :

 Tiêu chuẩn về pha :

2 Dao động Clapp

 VFO : Variable-frequency oscillator

 Mạch dao động sử dụng JFET cực nguồn dẫn theo

 Mạch dao động Colpitts : hồi tiếp qua mạch chia tụ điện

 Mạch dao động Hartley : hồi tiếp qua cuộn cảm

 Gần giống với mạch dao động Colpitts

 Còn gọi là mạch JFET VFO

 JFET được thay bởi nguồn dòng, nguồn cung cấp được tiếp mát

2 Dao động Clapp

 Điện áp giữa gate-source :

• Tương ứng với tín hiệu vào x

• Dòng qua cực máng I d : ~ y

• Độ lợi của tín hiệu bé:

• Không có sự dịch pha

 Điều kiện cộng hưởng :

• Điện kháng trên hai nhánh của mạch

hồi tiếp phải triệt tiêu lẫn nhau

• Điện dung của mạch nối tiếp

• Thay vào ta có

• Dòng điện trên nhánh hồi tiếp :

• Điện áp giữa gate-source :

2 Dao động Clapp

 Điện áp trên cực source :

 Viết lại điện áp giữa gate-source :

 Độ suy hao :

 Độ lợi ban đầu phải thoả mãn điều kiện:

 Điện áp trên cực gate :

 Ta có:

 Độ suy hao

 Điều kiện ban đầu :

3 Dao động biến thiên tần số

 Biểu diễn qua hàm logarithm

 Xét tần số cộng hưởng

 Biểu diễn qua hàm logarithm

 Hệ số nhiệt độ của tần số

• : là hệ số nhiệt của cuộn cảm và tụ điện

4 Giới hạn độ lợi

 Mạch VFO (Variable-frequency oscillator)

 Độ lợi phụ thuộc vào diode tách sóng (detector)

• Diode tách sóng bắt đầu dẫn khi điện áp ở cực gate là cực đại dương

• Khi diode dẫn, nó kéo các hạt tải chạy qua các tụ điện, làm cho cực gate phân cực âm

=> làm giảm độ lợi ban đầu g m

 Khi điều kiện đầu vẫn còn thoả mãn thì dao động vẫn tăng :

• Dao động sẽ không tăng khi điều kiện ban đầu đã thoả mãn điều kiện (cân bằng)

4 Giới hạn độ lợi

 Điện áp trên cực gate và sourse :

• Cả hai điện áp đều có dạng sóng hình sin

 Điện áp đỉnh đối đỉnh của cực source : V

 Điện áp đỉnh đối đỉnh của cực gate : 2V

 Trong bộ dao động biến tần VFO:

 Điện áp bù trên cực gate:

• V f : điện áp chuyển cho diode giới hạn

 Điện áp giữa 2 cực gate-sourse = hiệu của 2 điện áp

 Điện áp cực đại giữa cực gate-sourse :

 Thay công thức trên vào ta có

4 Giới hạn độ lợi

 Định nghĩa : Độ hỗ dẫn tín hiệu lớn

 V, I : giá trị đỉnh-đỉnh của thành phần cơ bản

• V : điện áp gate-source; I : dòng drain (cực máng)

 Điều kiện dao động :

 Dòng điện cực drain :

• I dss : dòng khi điện áp V gs = 0 ;

• V c : điện áp cắt (để dòng = 0),

điện áp cut-off

 Điện áp DC qua cực drain xác định

qua dòng cực đại drain :

 Sử dụng biểu thức gần đúng

 Cuối cùng ta có :

5 Dao động tinh thể

 Crystal Oscillators

 Mạch cực phát dẫn

 Điện trở nội phân cực : R e , R b ; R a : điện trở tải nội (internal)

 C1, C2 : tụ điện ngoài, đóng vai trò mạch chia điện áp

 X : cộng hưởng tinh thể ngoài (thạch anh)

5 Dao động tinh thể

 Dòng đi qua cực góp (tín hiệu ra)

• : tín hiệu vào

 Độ lợi tín hiệu bé

 Mạch dao động tinh thể :

tương đương với mạch gồm:

tụ điện và cuộn cảm

chuyển động : C m , L m

 Điều kiện pha tại tần số cộng hưởng

 Tần số cộng hưởng

 Điện dung tổng cộng :

5 Dao động tinh thể

 : điện trở tải

 : độ dẫn của diode cực gốc-phát

• I : dòng DC cực gốc phân cực

• V t : điện áp nhiệt (thermal)

V t = 25 mV ở nhiệt độ phòng

 Thay thế các điện trở bằng điện trở

tương đương R song song

với dòng nguồn

• Giả thiết: điện tích Q lớn

 Điện trở R :

 Điều kiện khởi động :

5 Dao động tinh thể

 Giá trị đỉnh-đỉnh của dòng cực phát, I o là dòng DC của nó

 Giá trị đỉnh-đỉnh của điện áp ra trên điện trở tải cực phát

 Nếu đóng vai trò chủ yếu

• Bỏ qua các số hạng khác

của điện trở

 Viết lại biểu thức