Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 4: Tách sóng

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 4: Tách sóng cung cấp cho người đọc các kiến thức: Tách sóng biên độ, tách sóng tín hiệu đơn biên, tách sóng tín hiệu điều tần, tách sóng tín hiệu điều pha. Mời các bạn cùng tham khảo.

Tr ườ ng Đ i H c Công Ngh   ạ ọ ệ

CH ƯƠ NG 4: TÁCH SÓNG

3. Tách sóng tín hi u đi u t n ệ ề ầ

4. Tách sóng tín hi u đi u pha ệ ề

1. Tách sóng biên độ

Tách sóng là quá trình l y l i tín hi u đi u ch ấ ạ ệ ề ế Tín hiệu sau

tách sóng phải giống dạng tín hiệu điều chế ban đầu Để tín hiệu ra không méo thì tín hiệu vào tách sóng phải có biên độ đủ lớn

T ươ ng  ng v i các lo i đi u ch , ta cũng có các m ch tách sóng  ứ ớ ạ ề ế ạ

s au  đ ây : t á c h  s ó n g  đ i u  b iê nề , t á c h  s ó n g  đ i u  t nề ầ ,

t á c h  s ó n g  đ i u  p h aề

a. Các tham s  c  b n ố ơ ả

+ H  s  tách sóng: ệ ố

-Tín hiệu vào bộ tách sóng là tín hiệu đã điều biên:     uVTS= UVTS.cos tt= U t.cos tt   ω ω ω (bi n thiên theo quy lu t  ế ậ tin t c) ứ

- Đ i v i tín hi u vào ố ớ ệ :  UVTS=U’0+u’

 U’0 :thành ph n m t chi u,  ầ ộ ề u’:thành ph n bi n thiên ch m theo  ầ ế ậ

th i gian ờ

 ­ Đ i v i tín hi u ra:  ố ớ ệ URTS=U”0+u”      

­Tín hi u ra b  tách sóng đi u biên ệ ộ ề :  URTS(t) = KTS.UVTS(t)

­ H  s  t  l  ­ h  s  tách sóng ệ ố ỷ ệ ệ ố :  KTS = URTS/UVTS

- Quá trình tách sóng ch  c n quan tâm đ n thành ph n bi n  ỉ ầ ế ầ ế

thiên ch m (mang tin t c), do đó, h  s  tách sóng:  ậ ứ ệ ố KTS =u”/u’

+ Tr  khỏng vào b  tỏch súng: ở ộ

+ Mộo phi tuy n: ế

Đặc trưng cho s ự sai lệch của tín hiệu hồi phục và tín  hiệu ban đầu, tron g  đ ú  I2 t , I3 t ,   là th àn h   ω ω

p h n  d ũn g  đ i n  cỏc s ún g  h ài c a tớn  h i u  đ i u   ầ ệ ủ ệ ề

ch  x u t h i n   ế ấ ệ khi qua m ch tỏch súng ạ

Đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng của bộ tách sóng 

đến nguồn tín hiệu vào.

b. M ch ạ  t ỏ c h  s ú n g  đ i u  b iờ n ề

i.Mạch tách s óng biên độ dùng mạch chỉnh lưu:

Tỏch súng dựng diot nối tiếp Tỏch súng dựng diot song song

Kh o sỏt m ch n i ti p:+  iD= S.uD = S (uđb ư uC) ả ạ ố ế

Trong đú: uđb=Uđbcos st =Ut(1+mcos st)  ω ω cos tt      ω => iD = S.uD=S(Uđbcos st ưuc) ω

Nh n xét ậ : Góc c t tín hi u   ch  ph  thu c vào thông s  h   ắ ệ θ ỉ ụ ộ ố ỗ

d n S và đi n tr  t i R mà không ph  thu c vào tín hi u vào.  ẫ ệ ở ả ụ ộ ệ

Nh  v y, tách sóng tín hi u l n thì tín hi u đó không b  méo ư ậ ệ ớ ệ ị

Ví d : cho  =900  ụ θ

=>

Thành ph n 1  ầ chi u  ề Thành ph n c   ầ ơ

b n  ả

Thành ph n k t  ầ ế

h p  ợ

Thông th ườ ng  t >>  s do đó các thành ph n  t,  t ±  s, v   ω ω ầ ω ω ω ầ

n t ±  s đ ω ω ượ c lo i b  d  dàng nh  m ch l c thông th p. Ch   ạ ỏ ễ ờ ạ ọ ấ ỉ còn thành ph n h u ích, là tín hi u h i ph c: ầ ữ ệ ồ ụ

Quá trình tách sóng tín hi u l n ệ ớ

nh  m ch ch nh l u dùng đi t ờ ạ ỉ ư ố

Đồ thị thời gian điện áp

ra uC trên t i b  tách sóng n i ti p ả ộ ố ế

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

Ch n h ng s  th i gian  =RC đ  l n sao cho đi n áp trên t i  ọ ằ ố ờ τ ủ ớ ệ ả

(tín hi u h i ph c), gi ng v i tín hi u tin t c ban đ u. T ng  ệ ồ ụ ố ớ ệ ứ ầ ổ

quát R, C ch n theo bi u th c sau: ọ ể ứ

Thực tế thường chọn RC th e o đ i u  k i n : ề ệ

Mu n d  dàng tho  mãn c n ố ễ ả ầ ωt ≥  100  Sω max

+ Đ i v i m ch tách sóng song song có  u đi m là có th  lo i đ ố ớ ạ ư ể ể ạ ượ c  thành ph n m t chi u DC (do không qua đ ầ ộ ề ượ ụ ệ c t  đi n); nh ng l i  ư ạ

có nh ượ c đi m là thành ph n cao t n d  dàng đi ra t i, c n ph i  ể ầ ầ ễ ả ầ ả

l c. Nên s  đ  tách sóng song song ch  đ ọ ơ ồ ỉ ượ c dùng trong tr ườ ng h p  ợ

c n ngăn thành ph n m t chi u t  t ng tr ầ ầ ộ ề ừ ầ ướ c đ a t i ư ớ .

ii.Mạch tách s óng biên độ dùng  ph n t  tuy n tớnh tham s ầ ử ế ố

uđb =Ut(1+mcos st) cos tt : ω ω tớn hi u đ u vào b  tỏch súng ệ ầ ộ

ut =Utcos( tt +ω φ): tớn hi u dao đ ng n i ệ ộ ộ

ur=K.ut.uđb=

Dựng m ch l c thụng th p cú th  tỏch ra thành ph n h u ớch: ạ ọ ấ ể ầ ữ

Dựng m ch nhõn t ạ ươ ng  tự

Nh n xét  ậ :

­ Trong ph  đi n áp ra không có thành ph n t i t n; ổ ệ ầ ả ầ

­ Mu n tách đ ố ượ c sóng ut ph i có t n s  b ng t n s  t i tin  ả ầ ố ằ ầ ố ả

c a t/h đã đi u biên; ủ ề

­ Biên đ  đi n áp đ u ra ph  thu c vào góc pha  ộ ệ ầ ụ ộ φ  ( là góc l ch  ệ pha gi a tín hi u c n tách sóng và t i tin ph ữ ệ ầ ả ụ

­ Khi φ = 0   u’r c c đ i, khi  ⇒ ự ạ φ  = ± 900   u’r=0 ⇒

­ B  tách sóng v a có tính ch n l c v  biên đ , v a có ch n l c  ộ ừ ọ ọ ề ộ ừ ọ ọ

v  pha g i là  ề ọ b  tách sóng biên đ  pha ộ ộ ;

­ Đ  tách sóng có hi u qu  c n ph i đ ng b  tín hi u vào và  ể ệ ả ầ ả ồ ộ ệ

t i tin ph  vào t n s  và góc l ch pha. B  tách sóng này còn có  ả ụ ầ ố ệ ộ tên g i là  ọ b  tách sóng đ ng b ộ ồ ộ

2. Tách sóng tín hi u đ n biên ệ ơ

Tách sóng tín hi u đ n biên nh  m ch đi u ch  vòng ệ ơ ờ ạ ề ế

­ Cũng nh  ph ư ươ ng pháp tách sóng đ ng b , v n đ  là ph i t o  ồ ộ ấ ề ả ạ

ra s  đ ng b  v  t n s  tín hi u t i tin và tín hi u dao đ ng n i.  ự ồ ộ ề ầ ố ệ ả ệ ộ ộ

­ Đ  gi i quy t v n đ  này, ti n hành l c l y t i tin đã b  nén,  ể ả ế ấ ề ế ọ ấ ả ị

r i khu ch đ i đ  có tín hi u dao đ ng n i c n thi t ồ ế ạ ể ệ ộ ộ ầ ế

3. Tâch sóng tín hi u đi u  ệ ề

t n ầ

    Tâch sóng tín hi u đi u t n lă quâ trình bi n đ i đ  l ch t n s   ệ ề ầ ế ổ ộ ệ ầ ố

t c th i c a tín hi u đê đi u t n so v i t n s  trung bình thănh  ứ ờ ủ ệ ề ầ ớ ầ ố

bi n thiín đi n âp   đ u ra ế ệ ở ầ

Tâch sóng điều tần vă

điều pha thường được

thực hiện theo một trong

những nguyín tắc sau:

­ Bi n đ i tín hi u đi u t n ho c đi u pha thănh tín hi u đi u biín  ế ổ ệ ề ầ ặ ề ệ ề

r i th c hi n tâch sóng biín đ ồ ự ệ ộ

­ Bi n đ i tín hi u đi u t n thănh tín hi u đi u ch  đ  r ng xung  ế ổ ệ ề ầ ệ ề ế ộ ộ

r i th c hi n tâch sóng t/hi u đi u ch  đ  r ng xung nh  m ch tích  ồ ự ệ ệ ề ế ộ ộ ờ ạ phđn.

­ Lăm cho t n s  tín hi u c n tâch sóng bâm theo t n s  c a m t b   ầ ố ệ ầ ầ ố ủ ộ ộ

t o dao đ ng nh  h  th ng vòng gi  pha PLL, đi n âp sai s  chính  ạ ộ ờ ệ ố ữ ệ ố

lă đi n âp c n tâch sóng ệ ầ

Đặc tuyến truyền đạt  của bộ tách sóng

H  s  truy n đ t ệ ố ề ạ

a. M ch tách sóng đi u t n dùng m ch l ch c ng  ạ ề ầ ạ ệ ộ

h ưở ng

+ Đ u vào hai b  tách sóng biên đ  (D1,D2) là hai m ch c ng h ầ ộ ộ ạ ộ ưở ng 

đ ượ c đi u ch nh t i các t n s   1 và  2. N u g i t n s  trung tâm  ề ỉ ạ ầ ố ω ω ế ọ ầ ố

c a tín hi u đi u t n đ u vào là  1 =  t thì:  1 =  0 + Δ  ;  2 =  0  ủ ệ ề ầ ầ ω ω ω ω ω ω ω

− Δω

+  S  đ i u  ch u n  m ch  c n g  h ự ề ẩ ạ ộ ưở n g  l ch  k h i t n  s  tru n g   ệ ỏ ầ ố

b ìn h  c a tín  h i u  v ào làm  b iê n  đ  đ i n  áp  v ào c a h ai b   ủ ệ ộ ệ ủ ộ tách  s ón g  b iê n  đ  (U1 , U2 ) th ay  đ i p h  th u c v ào t n  s   ộ ổ ụ ộ ầ ố

đ i n  áp  v ào ệ U1 =  m .Uđt Z1

U2 = m. UđtZ2

m = M/L: h  s  ghép c a bi n áp vàoệ ố ủ ế

Rtd1, Rtd2 : tr  kháng c a hai m ch c ng h ở ủ ạ ộ ưở ng   t n s  c ng h ở ầ ố ộ ưở ng  1 và  2.ω ω

Q1 , Q2  là p h m  ch t c a các m ch  c n g  h ẩ ấ ủ ạ ộ ưở n g  t ươ n g   n g ứ

+  Ch n  h ai m ch  c n g  h ọ ạ ộ ưở n g  n h  n h au  ta c ó:  Rtd 1  =  Rtd 2  =  R ,  ư Q1 =  Q2 =  Q

đ  l ch  s  t n  s  t ộ ệ ố ầ ố ươ n g  đ i g i a t n  s  c n g   ố ữ ầ ố ộ

   Quá trình bi n đ i tín hi u đi u t n thành tín hi u đi u biên đã  ế ổ ệ ề ầ ệ ề

đ ượ c th c hi n. Qua b  tách sóng biên đ  ta nh n đ ự ệ ộ ộ ậ ượ c các đi n  ệ áp:

Đi n áp ra t ng: ệ ổ

h  s  tách sóng ệ ố : KTS 

H  s  truy n đ t ệ ố ề ạ

ξ= 0

+ Vậy S f phụ thuộc vào ξo. Đạo hàm (S f) theo ξo và xét 

+  Tâch sóng dùng m ch l ch c ng h ạ ệ ộ ưở ng có nh ượ đi m l c  ể ă khó đi u  ề

ch nh cho hai m ch c ng h ỉ ạ ộ ưở ng hoăn toăn đ i x ng, nín ít đ ố ứ ượ c dùng.

b. M ch tách sóng đi u t n dùng m ch c ng h ạ ề ầ ạ ộ ưở ng 

ghép

 ­ M ch đi n làm vi c theo nguyên t c chuy n bi n thiên t n s   ạ ệ ệ ắ ể ế ầ ố

th àn h  b i n  th iê n  v  p h a, s au  đ ó th c h i n  t ách  s ón g  p h a  ế ề ự ệ

    ­ Tách  s ón g  d ù n g  m ch  c n g  h ạ ộ ưở n g  g h é p  ít g ây  m é o 

v à d  đ i u  ch n h  v ì c  h ai m ch  đ u  c n g  h ễ ề ỉ ả ạ ề ộ ưở n g    t n   ở ầ

s  f0  Tu y  n h iê n  đ i n  áp  ra tron g  b  t ách  s ón g  n ày  v a  ố ệ ộ ừ

p h  th u c t n  s  v a p h   th u c b iê n  đ  tín  h i u  v ào U1   ụ ộ ầ ố ừ ụ ộ ộ ệ

n ê n  n ó s in h  ra n h i u  b iê n  đ  Đ  k h c p h c n h ễ ộ ể ắ ụ ượ c đ i m   ể

n ày, p h i đ t tr ả ặ ướ c m ch  t ách  s ón g  m t m ch  h n  ch   ạ ộ ạ ạ ế

b iê n  đ ộ

­ Tóm  l i k h i t n  s  t ín  h i u  v ào th ay  đ i th ì đ u  n ú t  ạ ầ ố ệ ổ ầ

c a v é ct  UD1  v à UD2  d i ch u y n  trê n  các v òn g  tròn   ủ ơ ể

1  v à 2  trê n  h ìn h  v  làm  ch o đ i n  áp  ra th ay  đ i v  tr   ẽ ệ ổ ề ị

s  v à c c t ín h  Tr  s  đ i n  áp  ra đ c tr n g  ch o đ   ố ự ị ố ệ ặ ư ộ

l ch  c a t n  s  t ín  h i u  v ào s o v i t n  s  tru n g  t âm   ệ ủ ầ ố ệ ớ ầ ố

f0 , còn  c c tín h  c a đ i n  áp  ra ch o b i t t n  s  t ín   ự ủ ệ ế ầ ố

h i u  v ào l ch  k h i t n  s  tru n g  t âm  v  p h ía n ào (l n   ệ ệ ỏ ầ ố ề ớ

h n  h ay  n h  h n  f0 ) ơ ỏ ơ

s  không có ph n  ng v i các bi n thiên v  biên đ    đ u vào nên  ố ả ứ ớ ế ề ộ ở ầ tránh đ ượ c nhi u biên đ ễ ộ

d. M ch tỏch súng Koinridenz  ạ

Tớn hi u đi n ỏp ra uS ệ ệ , chính là chuỗi Fourier của d∙y xung tam  giác. Mạch dùng để tách sóng tín hiệu trong phát thanh và 

truyền hình.

4. Tách sóng tín hi u đi u pha b ng  ệ ề ằ

diot

TÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ ®ưîc gi¶i thÝch theo kiÓu vector

M ch  tách  s ón g  p h a cân  b n g  là h ai m ch  t ách  s ón g   ạ ằ ạ

b iê n  đ  d ù n g  đ i t g h é p  v i n h au   ộ ố ớ như h ìn h  v  Tín  h i u   ẽ ệ

c n  t ách  s ón g  ch ín h  là tín  h i u  đ ã đ i u  p h a u d f đ ầ ệ ề ượ c 

s o s án h  v  p h a v i m t d ao đ n g  ch u n  u ch  Bi u   ề ớ ộ ộ ẩ ể

th c u d f v à u ch  n h  s au : ứ uđf= U1cos( 01t + ωư φ (t)+ φ01)= U1cosφ1(t)

uch= U2cos( 02t +  ω φ 02)= U2cosφ2(t)

Đi n  áp  đ t lê n  h ai b  t ách  s ón g  t ệ ặ ộ ươ n g   n g  là: ứ

Áp dông c«ng thøc hàm sè cosin cho c¸c tam gi¸c:

+ Tương tự φ(t)=0, ta có mạch tách sóng t n ầ  số.

+ Thực tế tín hiệu điều chế thường là kết hợp cả pha và tần  cho nên tổ ng quát có thể dùng phương pháp này để giải điều  chế tín hiệu.