Khảo sát tín hiệu điều chế dung matlab - Tài liệu, ebook, giáo trình

Tài liệu Khảo sát tín hiệu điều chế dung matlab: ... Ebook Khảo sát tín hiệu điều chế dung matlab

94 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 1379 | Lượt tải: 0

Tóm tắt tài liệu Khảo sát tín hiệu điều chế dung matlab, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HCM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑEÀ TAØI: KHAÛO SAÙT TÍN HIEÄU ÑIEÀU CHEÁ DUØNG MATLAB Giaùo vieân höôùng daãn: NGUYEÃN THANH HAÛI Sinh vieân thöïc hieän NGUYEÃN NHÖ CÖÔØNG Lôùp : 95 KÑÑ TP. HOÀ CHÍ MINH 3 - 2000 CHÖÔNG 1 ÑIEÀU BIEÂN (AM: Amplitude modulation) Phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân: Ñieàu bieân laø quaù trình laøm cho bieân ñoä taûi tin bieán ñoåi theo tin töùc. Giaû thieát tin töùc laø tín hieäu aâm taàn coù phaïm vi bieán ñoåi taàn soá töø Wmin¸Wmax, ta coù: VW = VW.cosWt (1.1) Taûi tin laø dao ñoäng cao taàn: Vwo = V0.cosw0t (1.2) Töø (1-1) vaø (1-2) ta ñöôïc tín hieäu ñieàu bieân coù daïng: Trong ñoù: laø heä soá ñieàu cheá hay coøn goïi laø ñoä saâu ñieàu cheá. Heä soá ñieàu cheá “m” phaûi thoûa maõn ñieàu kieän m £ 1. Neáu m > 1 thì maïch coù hieän töôïng ñieàu cheá vaø tín hieäu meùo traàm troïng (hình 1-1). Trong thöïc teá mmax = 0,7 ¸ 0,8 ñeå ñaûm baûo thu tín hieäu khoâng bò meùo. Ta xaùc ñònh “m” trong thöïc teá baèng caùch ño caùc giaù trò Vmax, Vmin vaø aùp duïng coâng thöùc: Khi m = 1 ta coù Vmax = 2V0 vaø Vmin = 0. Bieán ñoåi löôïng giaùc coâng thöùc (1.3) ta coù: V0 t 0 t VW 0 t VAM m < 1 t VAM m = 1 t VAM m > 1 Hình 1.1 Daïng tín hieäu VW, V0 vaø tín hieäu ñieàu bieân VAM w0 - W w0 + W w0 Wmin Wmax w w w w0 - Wmax w0 + Wmax w0 w0 - Wmin w0 + Wmin 0 0 0 Hình 1-2 Phoå cuûa rín hieäu AM VAM VW V0 Nhö vaäy khi ñieàu cheá ñôn aâm phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân AM coù ba thaønh phaàn: Taûi tin coù taàn soá w0 vaø coù bieân ñoä V0; hai dao ñoäng bieân coù taàn soá w0 ± W vaø coù bieân ñoä nhö hình 1-2,a. Khi m=1 thì Neáu ta ñieàu cheá moät daõi aâm taàn (Wmin¸Wmax) vaøo taûi tin, ta seõ coù phoå cuûa tín hieäu AM nhö hình 1-2,c. Ta thaáy ngoaøi taûi tin w0 coù bieân ñoä V0 coøn coù hai bieân taàn: bieân taàn treân coù taàn soá töø (w0 - Wmin) ñeán (w0 + Wmax) vaø bieân taàn döôùi coù taàn soá töø (w0 - Wmax) ñeán (w0 + Wmin) ñoái xöùng qua taûi tin. Thöïc chaát phoå cuûa caùc dao ñoäng hai bieân khoâng ñoàng ñieàu nhau maø caøng xa w0 thì bieân ñoä caøng giaûm do ñaëc tuyeán loïc cuûa boä coäng höôûng khoâng phaûi laø hình chöõ nhaät lyù töôûng. Quan heä naêng löôïng trong ñieàu bieân: Trong tín hieäu ñaõ ñieàu bieân, caùc bieân taàn chöùa tin töùc, coøn taûi tin khoâng mang tin töùc. Nhö vaäy coâng suaát taûi tin laø coâng suaát tieâu hao voâ ích, coøn coâng suaát bieân taàn laø coâng suaát höõu ích. Pwo = (1.6) V20 2RL Coâng suaát taûi tin laø coâng suaát bình quaân trong moät chu kyø taûi tin: Coâng suaát bieân taàn: Khi ñieàu cheá saâu (100%): m = 1 thì (1.9) Töø (1.3) ta coù: VAmmax = V0(1+m) Do ñoù: (1.10) Khi m = 1 thì PAMmax = 4Pwo (1.11) Vaäy coâng suaát trung bình trong moät chu kyø ñieàu cheá: Neáu m = 1 thì PAM = 3/2 Pwo (1.13) Þ Pbt = 1/3 PAM (1.14) Heä soá lôïi duïng coâng suaát: Khi ñieàu cheá saâu nhaát m = 1 thì coù nghóa laø coâng suaát höõu ích chæ baèng moät phaàn ba toång coâng suaát phaùt ñi. Trong thöïc teá ñeå tín hieäu khoâng meùo m = 0,7 ¸ 0,8 thì. Ñaây chính laø nhöôïc ñieåm cuûa tín hieäu AM so vôùi tín hieäu ñieàu bieân (SSB). Caùc chæ tieâu cô baûn cuûa dao ñoäng ñaõ ñieàu bieân: Heä soá meùo phi tuyeán: Trong ñoù: I(wt ± nws) (n ³ 2) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn doøng ñieän öùng vôùi haøi baäc cao cuûa tín hieäu ñieàu cheá; A B C UW I0 Hình 1-3: Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh. A–Giaù trò cöïc ñaïi; B–Taûi tin chöa ñieàu cheá I(wt ± ws) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn bieân taàn. Ñeå ñaëc tröng cho meùo phi tuyeán trong maïch ñieàu khieån, ngöôøi ta duøng ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh (hình 1.3). Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh cho bieát quan heä giöõa bieân ñoä tín hieäu ra vaø giaù trò töùc thôøi cuûa tín hieäu ñieàu cheá ôû ñaàu vaøo. Daïng toång quaùt cuûa ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-3. Ñöôøng ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh lyù töôûng laø moät ñöôøng thaúng töø C ñeán A. Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh khoâng thaúng seõ laøm cho löôïng bieán ñoåi cuûa bieân ñoä dao ñoäng cao taàn ñaàu ra so vôùi giaù trò ban ñaàu (ñieåm B) khoâng tyû leä ñöôøng thaúng vôùi trò töùc thôøi cuûa ñieän aùp ñieàu cheá. Do ñoù treân ñaàu ra thieát bò ñieàu bieân, ngoaøi caùc thaønh phaàn höõu ích (caùc bieân taàn), coøn coù caùc thaønh phaàn baäc cao khoâng mong muoán khaùc. Trong ñoù ñaùng löu yù nhaát laø thaønh phaàn cuûa taàn soá wt ± 2ws coù theå loït vaøo caùc bieân taàn maø khoâng theå loïc ñöôïc. Ñeå giaûm meùo phi tuyeán, caàn haïn cheá phaïm vi laøm vieäc cuûa boä ñieàu cheá trong ñoaïn ñöôøng thaúng cuûa ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh. Luùc ñoù buoäc phaûi giaûm ñoä saâu ñieàu cheá. Heä soá meùo taàn soá: Ñeå ñaùnh giaù ñoä meùo taàn soá, ngöôì ta caên cöù vaøo ñaëc tuyeán bieân ñoä – taàn soá: M = f(Fs)½Us = const M = Hoaëc MdB = 20logM (1.17) m0 m Heä soá meùo taàn soá ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc: Trong ñoù: m0 – heä soá ñieàu cheá lôùn nhaát; m – heä soá ñieàu cheá taïi taàn soá ñang xeùt; Meùo taàn soá xuaát hieän chuû yeáu trong caùc taàng khuyeách ñaïi aâm taàn (khuyeách ñaïi tín hieäu ñieàu cheá), nhöng cuõng coù theå xuaát hieän trong caùc taàng ñieàu cheá vaø sau ñieàu cheá, khi maïch loïc ñaàu ra cuûa caùc taàng naøy khoâng ñaûm baûo baêng thoâng cho phoå cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu bieân(2Fmax) Phöông phaùp tính toaùn maïch ñieàu bieân: Caùc maïch ñieàu bieân ñöôïc xaây döïng döïa vaøo hai nguyeân taéc sau ñaây: Duøng phaàn töû phi tuyeán : coäng taûi tin vaø tín hieäu ñieàu cheá treân ñaëc tuyeán cuûa phaàn töû phi tuyeán ñoù. Duøng phaàn töû phi tuyeán coù tham soá ñieàu khieån ñöôïc: nhaân taûi tin vaø phi tín hieäu ñieàu cheá nhôø phaàn töû phi tuyeán ñoù. Ñieàu bieân duøng phaàn töû phi tuyeán: Caùc phaàn töû phi tuyeán ñöôïc duøng ñeå ñieàu bieân coù theå laø ñeøn ñieän töû, baùn daãn, caùc ñeøn coù khí, cuoän caûm coù loõi saét hoaëc ñieän trôû coù trò soá bieán ñoåi theo ñieän aùp ñaët vaøo. Tuøy thuoäc vaøo ñieåm laøm vieäc ñöôïc choïn treân ñaëc tuyeán phi tuyeán, haøm soá ñaëc tröng cho phaàn töû phi tuyeán, coù theå bieåu dieãn gaàn ñuùng theo chuoãi Taylor khi cheá ñoä laøm vieäc cuûa maïch laø cheá ñoä A(q = 1800) hoaëc phaân tích theo chuoãi Fourier khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä maø goùc caét q < 1800 (cheá ñoä lôùp AB, B, C). phöông phaùp tính toaùn cho hai tröôøng hôïp ñoù nhö sau: a). Tröôøng hôïp 1: q = 1800 . Giaû thieát maïch ñieàu bieân duøng Diode (hình 1-5). Neáu caùc tín hieäu vaøo thoûa maõn ñieàu kieän ½V0½ + ½VW½ < ½E½ (2.18) thì maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A (q = 1800) Haøm soá ñaët tröng cho phaàn töû phi tuyeán (diode) xung quanh ñieåm laøm vieäc ñöôïc bieåu dieãn theo chuoãi Taylor: iD = a1uD + a2uD2 + a3uD3 +… (1.18) vôùi uD = ED + U0cos0t + UWcosWt Thay uD vaøo bieåu thöùc (1.18), nhaän ñöôïc: ID = a1(E + U0 cosw0t + UWcoswWt) + a2(E + U0 cosw0t + UWcoswWt)2 + + a3(E + U0 cosw0t + UWcoswWt)3 +… (1.19) Khai trieån (1.18) vaø boû qua caùc soá haïng baäc cao n ³ 4 seõ coù keát quaû maø phoå cuûa noù ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1.6. Phoå cuûa tín hieäu ra trong tröôøng hôïp naøy goàm thaønh phaàn phoå mong muoán. Caùc thaønh phaàn phuï baèng khoâng khí. A3 = a4 = a5 = … = a2n+1 = 0 (n = 1, 2, 3,…) Nghóa laø neáu ñöôøng ñaëc tính cuûa phaàn töû phi tuyeán laø moät ñöôøng cong baäc hai thì tín hieäu ñaõ ñieàu bieân khoâng coù meùo phi tuyeán. Phaàn töû phi tuyeán coù ñaëc tính gaàn vôùi daïng lyù töôûng (baäc 2) laø FET. Ñeå thoûa maõn ñieàu kieän (1.18), taûi tin vaø tín hieäu ñieàu cheá phaûi coù bieân ñoä beù, nghóa laø phaûi haïn cheá coâng suaát ra. Vì lyù do ñoù, raát ít duøng ñieàu bieân cheá ñoä A. t iD iD UD 0 E0 0 t UD 0 Hình 1.5 Ñieàu bieân ôû cheá ñoä A a) Maïch ñieän duøng Diode; b) Ñaët tuyeán cuûa Diode wW b a) + E0 - CB D w0 Hình 1.6 Phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A wW 2wW 3wW w0 + wW w0 + 2wW w0 + 3wW w0 - wW w0 - 2wW w0 - 3wW 2w0 2w0 + wW 2w0 + 2wW 2w0 - wW 2w0 - 2wW w b) Tröôøng hôïp 2: q < 1800 khi uD £ 0 ID = (1.20) SuD khi uD >0 Khi q < 1800, neáu bieân ñoä ñieän aùp ñaët vaøo diode ñuû lôùn thì coù theå coi ñaëc tuyeán cuûa noù laø moät ñöôøng gaáp khuùc (hình 1-7). Phöông trình bieåu dieãn ñaët tuyeán cuûa diode trong tröôøng hôïp naøy nhö sau: S: hoã daãn cuûa ñaëc tuyeán diode Choïn ñieåm laøm vieäc ban ñaàu trong khu taéc cuûa diode (öùng vôùi cheá ñoä C) Vì doøng qua diode laø moät daõy xung hình sin (hình 1-7b), neân coù theå bieåu dieãn iD theo chuoãi Fourier nhö sau: ID = I0 + i1 + i2 +…+ in +…= Io + I1cosw0t + I2cos2w0t +..+ Incosnw0t (1.21) Trong ñoù: I0: thaønh phaàn doøng ñieän moät chieàu; I1: bieân ñoä thaønh phaàn doøng ñieän cô baûn ñoái vôùi taûi tin; I2, I3,…,In: bieân ñoä thaønh phaàn doøng ñieän baäc cao (haøi baäc cao) ñoái vôùi taûi tin; I0, I1, I2,…, In ñöôïc tính toaùn theo caùc bieåu thöùc xaùc ñònh heä soá cuûa chuoãi Furier: Theo bieåu thöùc (1.20): iD = SuD = S(E + UWcoswWt + U0cosw0t) (1.23) Khi w0t = q thì ID = 0 (hình 2-6), do ñoù ta coù: 0 = S(E + UWcoswWt + U0cosq) (1.24) Laáy (2-22) tröø (2-23) ta coù : iD = SU0 (cosw0t - cosq) (1.25) Bieåu thöùc (1.25) laø moät daïng khaùc cuûa (1.23), noù bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa iD vaøo cheá ñoä coâng taùc (goùc caét q). Bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn I1 (thaønh phaàn höõu ích): ( ) 26 1 2 sin 2 1 SU t td cos ) cos t (cos SU 2 I t 0 0 0 0 t 1 . ÷ ø ö ç è æ q - q p = w w q - w p = ò q Do ñoù trò töùc thôøi cuûa thaønh phaàn cô baûn: t cos 2 sin 2 1 SU i t t 1 w ÷ ø ö ç è æ q - q p = (1.27) U t cos U E cos 0 w + - = q W W (1.28) Ôû ñaây q xaùc ñònh ñöôïc töø bieåu höùc (1-24) t Hình 1.6: Ñieàu bieân ôû cheá ñoä lôùp C (tín hieäu vaøo lôùn) Ñaëc tuyeán cuûa Diode, ñoà thò thôøi gian cuûa tín hieäu vaøo vaø tín hieäu ra. b) Maïch ñieän. iD iD 0 0 UD UD 0 UW(t) q a) UW U0 b) - E0 + D CB Ñieàu bieân duøng phaàn töû tuyeán tính coù tham soá Thay ñoåi: Thöïc chaát quaù trình ñieàu bieân naøy laø quaù trình nhaân tín hieäu. Ví duï veà maïch ñieän loaïi naøy laø ñieàu bieân duøng boä nhaân töông töï (hình 1-7). Trong maïch ñieän naøy, quan heä giöõa ñieän aùp ra udb vaø ñieän aùp vaøo u0 laø quan heä tuyeán tính. Tuy nhieân, khi uW bieán thieân thì ñieåm laøm vieäc chuyeån töø ñaëc tuyeán naøy sang ñaëc tuyeán khaùc laøm cho bieân ñoä tín hieäu ra thay ñoåi ñeå coù ñieàu bieân. Caên cöù vaøo tính chaát cuûa maïch nhaân, ta vieát ñöôïc bieåu thöùc cuûa ñieän aùp ra sau ñaây: Uñb = (E + UWcoswWt)U0cosw0t ( ) ( ) ( ) 29 1 t cos 2 U U t cos 2 U U t cos EU u 0 0 0 0 0 0 . w - w + w + w + w = W W W W ñb Hoaëc Theo (1-28) phoå cuûa tín hieäu ra coù taûi tin vaø hai bieân taàn mong muoán. Uñb UW E U0 K Uñb UW 3 UW 2 UW 1 U0 b) a) Hình 1-7: Ñieàu bieân duøng maïch nhaân töông töï a) Maïch ñieän; b) Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït Caùc maïch ñieàu bieân cuï theå: Ñeå thöïc hieän theo nguyeân taéc thöù nhaát, coù theå duøng moïi phaàn töû phi tuyeán, nhöng neáu duøng baùn daãn, ñeøn ñieän töû thì ñoàng thôøi vôùi ñieàu bieân, coøn coù theå khuyeách ñaïi tín hieäu. Veà maïch ñieän, ngöôøi ta phaân bieät caùc loaïi maïch ñieàu bieân sau: maïch ñieàu ñôn bieân, maïch ñieàu bieân caân baèng vaø maïch ñieàu bieân voøng. 1. Maïch ñieàu bieân ñôn: Maïch ñieàu bieân ñôn laø maïch chæ duøng moät phaàn töû tích cöïc ñeå ñieàu cheá. Caùc maïch ñieän treân hình 1-5 vaø 1-6 laø caùc maïch ñieàu bieân ñôn duøng diode. Nhö ñaõ xeùt trong hai maïch ñieàu bieân, doøng ñieän ra taûi ngoaøi caùc thaønh phaàn höõu ích (caùc bieân taàn) coøn coù ñuû moïi thaønh phaàn khoâng mong muoán khaùc (taûi taàn vaø caùc haøi baäc cao). Ñoù laø ñaëc ñieåm cô baûn cuûa caùc maïch ñieàu bieân ñôn. Ñaët tuyeán Volt-ampe cuûa diode, Transistor hay ñeøn ñieän töû chæ ñöôïc coi laø gaàn ñuùng laø thaúng khi tín hieäu vaøo ñuû lôùn. Chính vì vaäy ñoái vôùi maùy phaùt AM quaù trình ñieàu cheá thöôøng ñöôïc tieán haønh ôû ñaàu cuoái, hay tröôùc cuoái. Neáu chæ duøng Diode ta chæ thöïc hieän ñöôïc ñieàu bieân. Coøn neáu duøng Transistor, FET hay ñeøn ñieän töû ta thöïc hieän ñöôïc ñieàu bieân, laïi vöøa khuyeách ñaïi ñöôïc tín hieäu. Khi tín hieäu vaøo nhoû, ñaëc tuyeán Volt-ampe cuûa diode, transistor, ñeøn ñieän töû ñöôïc goïi gaàn ñuùng laø moät ñöôøng cong: i = f(V) = a0 + a1V + a2V2 + a3V3 +… (1.30) Söï bieåu dieãn caøng chính xaùc neáu ta laáy luõy thöøa caøng cao. Thöïc teá ta chæ xeùt ñaëc tuyeán ñeán baäc 3, vì caùc baäc n > 3 coù bieân ñoä raát nhoû. Goïi V1 = Vwo vaø V2 = VW, cho chuùng taùc duïng vaøo phaàn töû phi tuyeán ta coù: i=f(V1+V2)=a0+a1V1+a1V2+a2V12+ a2V22+2a2V1V2+a3V13+3a3V12V2+3a3V1V22+a3V23+… (1.31) Ñeå coù tín hieäu ñieàu bieân ôû ngoõ ra, chuùng ta caàn laáy ra: a1V1 laø thaønh phaàn taàn soá soùng mang (taûi tin): w0 2a2V1V2 laø thaønh phaàn hai daûi bieân treân (w0 + W) vaø bieân döôùi (w0 - W) D L R VWo Vwo Hình 1-8 Ñieàu bieân moät veá Neáu ta duøng maïch loïc coù taàn soá coäng höôûng: wCH = w0 nhö ôû hình 1-9 vaø daûi thoâng coù beà roäng D = 2W, ta seõ loïc ñöôïc hai thaønh phaàn treân vaø coù tín hieäu ñieàu bieân thoâng thöôøng. Nhöng caùc soá haïng 3a3V1V22 seõ goàm hai thaønh phaàn taàn soá w0 vaø w0 ± 2W vì cos2x = ½(1 + cos2x). Do W > w0 Ñeå khöû meùo khoâng tuyeán tính ta coù hai phöông phaùp: Ñaëc tuyeán volt-ampe cuûa phaàn töû khoâng tuyeán tính phaûi coù daïng baäc 2 ñeå khoâng coù caùc soá haïng baäc 3 (hoaëc a3 raát nhoû). Muoán vaäy ta phaûi duøng FET. Khöû meùo baèng caùch caûi tieán maïch, thöïc hieän ñieàu cheá caân baèng nhö sau: Trong hình 1-9a, ñieän aùp ñaët treân D1 vaø D2 laàn löôïc laø: (1.33) (1.32) u1 = UWcoswWt + U0cosw0t u2 = - UWcoswWt + U0cosw0t Doøng ñieän qua caùc diode ñöôïc bieåu dieãn thaønh chuoãi Taylor: i1 = a0 + a1u1 + a2u12 + a3u13 +… i2 = a0 + a1u2 + a2u22 + a3u23 +… Doøng ñieän ra: i = i1-i2 (1.34) Thay (2-32), (2-33) vaøo (2-34) ta coù: i = AcoswWt+ Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]+ D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.35) Trong ñoù: A = UW2a1+3a3U02+½(a3UW2) 1.36 B = ½(a3UW3) C =2a2UWU0 D=3/2(a3UWU0) Töông töï nhö vaäy cuõng chöùng minh keát quaû ñoù treân maïch ñieän hình 1-9b, Trong tröôøng hôïp caàn coù taûi tin ôû ñaàu ra, sau khi ñieàu cheá coù theå ñöa theâm taûi tin vaøo phoå cuûa tín hieäu ra cuûa maïch ñieàu bieân ñaõ caân baèng ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-9c. CB CB D1 D2 i1 i2 Uñb UW U0 UW U0 - UCC + Uñb a) b) 0 wW 3wW wt +3wW w0 2w0 wt -3wW Hình 1.9: Maïch ñieàu bieân caân baèng. a) Duøng diode; b) Duøng Transistor; phoå tín hieäu ra; w0 - wW w0 + wW 2w0 + wW 2w0 - wW Moät daïng khaùc cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng laø maïch ñieàu cheá voøng, thöïc chaát ñaây laø hai maïch ñieàu cheá caân baèng coù chung taûi. Sô ñoà maïch ñieàu bieân bieåu dieãn treân hình 1-10. Goïi phaàn ñieän ra cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng goàm D1, D2 laø i1 vaø doøng ñieän ra cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng goàm D3, D4 laø iII . Theo 1.35: II= AcoswWt+ Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]+ D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.37a) III = iD3- iD4 (1.37b) Trong ñoù: 1.38 iD3= a0 +a1u3+a2u32+a3u33+… iD4= a0 +a1u4+a2u42+a3u43+… Vôùi u3vaø u4 laø ñieän aùp ñaët leân D3vaø D4, ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: 1.39 u3=-U0cosw0t-UWcoswWt D1 D2 D3 D4 Uñb UW CB CB U0 w w0 - wW w0 + wW w0 Hình 1.10: Maïch ñieàu bieân voøng. a) Maïch ñieän; b) Phoå tín hieäu 0 u4=-U0cosw0t-UWcoswWt Thay (1.38), (1.39) vaøo (1-37b) ta ñöôïc: iII=- AcoswWt - Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]- D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.40) A, B, C, D trong caùc bieåu thöùc (1.37a), (1.40) ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc (1.36). Töø (2.37a) vaø (1.40) xaùc ñònh ñöôïc doøng ñieän ra: iñb = iI+iII= 2 C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t] (1.41) Vaäy duøng maïch ñieàu cheá voøng coøn coù theå khöû ñöôïc caùc haøi baäc leû cuûa wW vaø caùc bieân taàn cuûa 2w0, do ñoù meùo phi tuyeán raát nhoû. Phoå tín hieäu ra cuûa maïch ñieàu cheá voøng ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-10b. U0 Uñb t t t Hình 1-11: Minh hoïa taùc duïng cuûa maïch ñieàu cheá voøng nhö moät maïch nhaân 0 0 0 Maïch ñieàu cheá voøng cuõng coù theå coi laø moät maïch nhaân. Nguyeân taéc nhaân ñöôïc minh hoïa treân hình 1-11. Giaû thieát taûi tin laø daõy xung hình chöõ nhaät. Tuøy thuoäc vaøo söï thay ñoåi cuûa taûi tin, luùc thì D1, D2 môû , luùc thì D3 vaø D4 môû, caëp diode coøn laïi ngaét laøm cho tín hieäu vaøo uW thay ñoåi cöïc tính theo nhòp cuûa u0. Taùc duïng cuûa maïch ñieàu cheá voøng ñuùng nhö moät maïch nhaân. UW Maïch ñieàu cheá baèng Transistor: Veà nguyeân lyù ñieàu bieân baèng Transistor cuõng goàm caùc loaïi : Trong tröôøng hôïp Tranzistor löôõng cöïc, FET, ñeøn ñieän töû ñeå ñieàu bieân, ngöôøi ta phaân bieät caùc loaïi maïch ñieàu bieân sau ñaây: ñieàu bieân base, ñieàu bieân collector, ñieàu bieân cöûa, ñieàu bieân maùng, ñieàu bieân anot, ñieàu bieân löôùi,… Caùc loaïi maïch ñieàu bieân coù teân goïi töông öùng vôùi cöïc maø ñieän aùp ñieàu cheá ñöôïc ñaët vaøo. Caùc Transistor cuõng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä keùm aùp (x= 0,85 ¸0,95xth) vaø ñöôïc choïn sao cho coù theå duy trì ñoä tuyeán tính cuûa ñaëc tính ñieàu cheá. Ngöôøi ta thöôøng söû duïng vieäc taïo thieân aùp hoãn hôïp cho base ñeå duy trì ñieàu cheá tuyeán tính vaø giöõa goùc caét q = 900. Treân hình 1-13 laø moät maïch ñieàu bieân collector bieán ñoåi theo ñieän aùp aâm taàn: V*CC =VCC + VWcosWt (1.42) VCC: ñieän aùp nguoàn cung caáp trong tröôøng hôïp soùng mang khoâng ñieàu cheá. VW:Bieân ñoä ñieän aùp aâm taàn töø boä khueách ñaïi coâng suaát aâm taàn. Vwo VCC Tôùi taàng tröôùc Tôùi boä KÑCS aâm taàn VW Ra L C®¥ C1 C2 C®¥ Lch Hình 1-12: Ñieàu bieân Collector Ñoái vôùi Transistor, ñieän aùp cuûa Collector khoâng ñöôïc taêng quaù giaù trò an toaøn cöïc ñaïi duø trong thôøi gian ngaén. Bôûi vaäy caàn phaûi thoûa maõn ñieàu kieän: Vwo + VW < VCemax= BVCEO (1.43) Trong ñoù : Vwo: ñieän aùp cao taàn cöïc ñaïi ôû collector khi m=1; BVCEO: ñieän aùp ñaùnh thuûng cho pheùp cöïc ñaïi; Khaùc vôùi ñeøn ñieän töû, ñieàu bieân Collector coù coâng suaát ñaùnh giaù baèng coâng suaát ñænh: PTB = Pwo(1+m)2/hCH (1.44) hCH: hieäu suaát cuûa maïch coäng höôûng. Trong tröôøng hôïp toång quaùt, ñaët tuyeán ñieàu cheá IC1(VCC) laø phi tuyeán nhö hình 2-14. Khi ñoù: IC1 = IC1max(VCC/VCcmax)1-d (1.45) d : heä soá bieán thieân 0 £ d £ 0,25 Ñaëc tuyeán ñieàu cheá Collector coù theå ñöôïc tuyeán tính hoùa nhôø ñieàu cheá phuï base. Khi ñieän aùp Collector thaáp moái noái Collector ñöôïc phaân cöïc thuaän bôûi ñieän aùp ñaàu vaøo. Do vaäy dao ñoäng cao taàn tröïc tieáp ñi qua moái noái Collector phaân cöïc thuaän. Söï thay ñoåi cuûa doøng Collector trong vuøng 0-a xuaát hieän bôûi ñieàu cheá quaù möùc khi tín hieäu lôùn. Ñeå traùnh meùo phi tuyeán gaây ra ngöôøi ta aùp duïng ñieàu cheá Collector phuï ñöôïc thöïc hieän ôû Collector cuûa taàng tröôùc ñoù. 0 IC1 VCC VW VAM VR Vwo - VAM+ Hình 1-13: Ñaëc tuyeán ñieàu cheá Collevtor Hình 1-14:ÑBCB Transistor Ta coù theå thöïc hieän ñieàu cheá caân baèng khoâng coù maïch loïc ñaàu ra duøng Transistor (hình 1-14). Öu ñieåm cuûa noù laø meùo phi tuyeán nhoû, bieân ñoä ñieàu bieân ôû ñaàu ra lôùn. VÍ DUÏ MINH HOÏA: Cho tín hieäu ñieàu bieân vôùi heä soá ñieàu cheá m=2, taàn soá ñieàu cheá W =10Khz. Tín hieäu taûi tin coù bieân ñoä V0=5mV vaø taàn soá w0=1Mhz Vieát phöông trình tín hieäu ñieàu cheá vaø tín hieäu ñaõ ñieàu cheá. Veõ daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá. Giaûi: Ta coù: V0(t) = 0.005 cos (2p*106) t Ta laïi coù: Þ VW = mV0 = 2*0.005 =0.01 Tín hieäu ñieàu cheá: VW = 0.01 cos (2p*104) t Tín hieäu ñaõ ñieàu cheá: VAM (t) = 0.005 [cos (2p*106) *t]*[ 1+ 2 cos(2p*104) *t]. Moâ phoûng daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá: fc=10^6;fm=10^4; T=1/fc; t=0:T/200:100*T; VAM(t)=0.005*cos(2*pi*fc*t).*[1+2*cos(2*pi*fm*t)]; plot(t,VAM(t)) Title('DC-AM,m>1') Cho maïch ñieàu bieân collector nhö hình veõ. TF2 TF1 T1 2N39C LF HF AM Hình 1-15: Boä ñieàu bieân söû duïng Transistor Coù tín hieäu taûi tin: V0 (t) = 10 cos (2p *106) t Vaø tín hieäu ñieàu cheá: VW (t) =7 cos (p*104) t Haõy tìm giaù trò cuûa heä soá ñieàu cheá m vaø bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu cheá.Veõ daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá. Giaûi: Heä soá ñieàu cheá m: m = Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu cheá: VAM (t) = 10 cos (2p*106) t *[ 1+ 0.7* cos (2p*104) t] Moâ phoûng daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá: fc=10^6;fm=10^4; T=2/fc; t=0:T/50:100*T; VAM(t)=10*cos(pi*fc*t).*[1+.7*cos(2*pi*fm*t)]; plot(t,VAM(t)) title('DC-AM,m<1') Haõy tìm bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu bieân vaø veõ daïng tín hieäu ñieàu bieân ñoù vôùi tín hieäu taûi tin: V0 (t) = 5 cos (2p*1.7*106) t. Vaø tín hieäu ñieàu cheá: VW (t) = 5 cos (2p*5*104) t. Giaûi: - Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá: Ta coù: m= Do ñoù: VAM (t) = 5 cos(2p*1.7*106) t*[ 1+ 1cos(2p*5*104) t] Moâ phoûng daïng tín hieäu ñieàu cheá: fc=1.7*10^6;fm=5*10^4; T=1/fc; t=0:T/200:100*T; VAM(t)=5*cos(2*pi*fc*t).*[1+1*cos(2*pi*fm*t)]; plot(t,VAM(t)) title('DC-AM,m=1') CHÖÔNG 2 ÑIEÀU CHEÁ ÑÔN BIEÂN (SSB: single sideband) >> 0 f0 f 0 f Hình 2-1:Phoå cuûa SSB >> 1. Öu khuyeát ñieåm cuûa ñieàu cheá ñôn bieân: Ta bieát tin töùc chæ chöùa trong bieân taàn, neân chæ caàn truyeàn ñi moät bieân taàn laø ñuû thoâng tin veà tin töùc. Quaù trình ñieàu cheá nhaèm taïo ra moät daûi bieân taàn goïi laø ñieàu cheá ñôn bieân. Taûi taàn chæ caàn duøng ñeå taùch soùng do ñoù coù theå neùn toaøn boä hoaëc moät phaàn taûi tin tröôùc khi truyeàn ñi. Moät soá öu ñieåm cuûa ñieàu cheá ñôn bieân (SSB) so vôùi ñieàu bieân Ñoä roäng daûi taàn giaûm moät nöõa : DSSB <1/2DAM Bôûi vaäy trong cuøng moät daûi taàn soá thì soá ñaøi coù theå boá trí taêng gaáp ñoâi. Hieäu suaát raát cao ñoái vôùi ñieàu cheá AM: Phöõu ích= Pbt = 1/3PAM khi m=1 Ñoái vôùi ñieàu cheá ñôn bieân Phöõu ích = Pbt = PSSB . Xeùt heä soá lôïi duïng coâng suaát : kAM =1/3 vaø kSSB =1 khi m = 1 kAM = 1/9 vaø kSSB =1 klhi m = 0,5 Vaäy khi m caøng nhoû thì maùy phaùt ñôn bieân caøng coù coâng suaát höõu ích lôùn hôn nhieàu laàn so vôùi Phöõu ích cuûa maùy phaùt ñieàu bieân. (3) Do DSSB £ 2DAM neân ñoái vôùi caùc loaïi nhieãu noùi chung (S/N)SSB > (S/N)AM vaø rieâng ñoái vôùi nhieãu traéng (nhieãu coù cöôøng ñoä nhö nhau) thì (S/N)SSB ³ Nhö vaäy ñeå maùy phaùt AM vaø SSB coù cuøng S/N, ta phaûi taêng PAM leân hai laàn Do hieän töôïng pha ñinh trong truyeàn soùng maø taàn soá soùng mang f0 coù theå bò suy giaûm. Ñoái vôùi maùy thu AM coù luùc m > 1 seõ gaây meùo do quaù ñieàu cheá. Neáu pha ñinh raát lôùn laøm maát haún taàn soá soùng mang thì maùy thu seõ khoâng thu ñöôïc gì. Coøn ñoái vôùi maùy thu SSB pha ñinh laøm suy giaûm hay trieät tieâu taàn soá soùng mang khoâng gaây aûnh höôûng gì. Ñoái vôùi tín hieäu AM trong giaûi truyeàn soùng ngaén, do söï phaân taùn cuûa ñaëc tuyeán pha maø xaåy ra söï chia pha caùc dao ñoäng trong daûi bieân. Ñieàu ñoù laøm meùo tín hieäu truyeàn vaø laøm giaûm bieân ñoä ñieän aùp ôû ñaàu vaøo boä taùch soùng cuûa maùy thu AM. Toån hao coâng suaát ôû ñaàu ra, do ñoù ñöôïc ñaùnh giaù laø 50%. Coøn ñoái vôùi tín hieäu SSB thì moïi tin töùc ñieàu ñöôïc phaùt trong moät daûi bieân neân khoâng coù hieän töôïng chia pha. Duøng tín hieäu SSB seõ thöïc hieän ñöôïc söï baûo maät toát, do neáu khoâng bieát taàn soá soùng mang thì seõ khoâng thu ñöôïc tin töùc. Do vaäy maùy phaùt vaø maùy thu SSB ñöôïc söû duïng raát nhieàu trong lónh vöïc quaân söï. Tuy coù nhieàu öu ñieåm nhöng do yeâu caàu kyõ thuaät khaù cao nhö maïch loïc daûi phaûi raát heïp vaø doác ñöùng; vieäc taïo laïi taàn soá soùng mang f0 trong maùy thu phaûi raát chính xaùc môùi khoâng meùo tín hieäu… neân maùy phaùt vaø maùy thu hieäu SSB caáu taïo phöùc taïp hôn so vôùi maùy phaùt vaø maùy thu AM. Bôûi vaäy noù chæ ñöôïc duøng trong caùc maùy thu phaùt thoâng tin chuyeân duïng nhö trong maùy phaùt thoaïi vaø phaùt tín hieäu nhieàu keânh. uñb(t) = U0 cos (w0+wW) (2-1) Ta coù tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân sau ñaây: Trong ñoù: Trong bieåu thöùc (2-1), m khoâng mang yù nghóa veà ñoä saâu ñieàu cheá nöõa vaø goïi laø heä soá neùn taûi tin. Ñoà thò vecto cuûa tín hieäu ñôn bieân ñöôïc bieåu dieãn treân hình 2-2. Ta thaáy, vectô ñaëc tröng cho dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân thay ñoåi caû veà bieân ñoä laãn goùc pha, nghóa laø ñieàu cheá ñôn bieân bao giôø cuõng keøm theo ñieàu cheá pha. Taûi tin bò neùn moät phaàn hoaëc bò neùn hoaøn toaøn, do ñoù vectô taûi tin U0 coù theå nhoû hôn vectô bieân taàn UW. Trong kyõ thuaät truyeàn hình tín hieäu ñieàu cheá video moät phaàn laø tín hieäu ñieàu bieân (khi fs £ 0,75MHz), phaàn coøn laïi (0,75 MHz £ fS£ 5 MHz) laø tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân (hình2-3). Baèng caùch ñoù giaûm ñöôïc daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu cheá video. Neáu caét boû hoaøn toaøn moät tín hieäu bieân taàn thì vaán ñeà loïc daûi seõ khoù khaên, hôn nöõa seõ xuaát hieän sai pha. F(MHz) fth+5 Fth+5,5 = ftt fth fth - 0,75 fth - 1,75 5,5 MHz UÑB w0 wW U0 UW Hình 2-2:Ñoà thò vector cuûa dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân Hình 2-3: Ñaëc tính bieân ñoä cuûa tín hieäu hình. (fth: taûi taàn tin; ftt: taûi taàn tieáng) 2 . Caùc phöông phaùp ñieàu cheá ñôn bieân: Phöông phaùp ñaàu tieân ñeå taïo ra tín hieäu ñôn bieân SSB laø töø tín hieäu ñieàu bieân AM ngöôøi ta duøng boä loïc daûi ñeå taùch moät bieân taàn caàn thieát cuûa tín hieäu ra. Nhöng do yeâu caàu chaát löôïng cao neân boä loïc daûi raát phöùc taïp. Bôûi vaäy ngöôøi ta taïo hai phöông phaùp taïo tín hieäu SSB khaùc nhau: phöông phaùp quay pha vaø phöông phaùp loïc-pha Nhöng do hai phöông phaùp naøy laïi taïo ra moät soá saûn phaûm khoâng caàn thieát nhö taàn soá soùng mang f0 , daûi bieân thöù hai.. Maët kaùc hai phöông phaùp naøy khoâng theå taïo ra boä ñieàu cheá coù chæ tieâu kyõ thuaät cao vaø oån ñònh, bôûi vaäy noù cuõng ít ñöôïc duøng. Ngaøy nay phöông phaùp taïo tín hieäu SSB ñaõ ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát laø phöông phaùp toång hôïp: taïo tín hieäu SSB baèng caùc taàn soá soùng mang khaùc nhau. Ñaëc bieät laø khi boä loïc thaïch anh ra ñôøi thì phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng raát roäng raõi. Ñieàu cheá ñôn bieân theo phöông phaùp loïc: Ñieàu cheá caân baèng Boä loïc daûi heïp Wmin Wmax w0 - Wmax w0 + Wmin w0 - Wmax w0 + Wmin w0 w0 - Wmax w0 - Wmin 4 3 1 2 w0 f f f 4 3 2 1 Vw0 VW VSSB VW,Vwo VDSB 0 0 0 Hình 2.4: Sô ñoà khoái vaø phoå tín hieäu cuûa phöông phaùp loïc Tín hieäu ñieàu cheá VW vaø taûi tin Vwñöôïc ñöa vaøo boä ñieàu cheá caân baèng. Sau boä ñieàu cheá caân baèng ta thu ñöôïc hai daûi bieân (DSB). Sau ñoù duøng boä loïc daûi ta seõ thu ñuôïc bieân treân hoaëc bieân döôùi nhö hình 2-4. Nhöng do W << w0 neân w0 ± W raát gaàn w0, vì vaäy vieäc loïc raát khoù khaên. Ta coù tyû soá loïc: w0 :taàn soá soùng mang. D: khoaûng caùch giöõa taàn soá caàn loïc vaø taàn soá cho qua. Ta thaáy X caøng lôùn, caøng deã loïc coù nghóa laø taàn soá soùng mang f0 caøng gaàn taàn soá ñieàu cheá W caøng deã loïc. Trong thöïc teá ta choïn taàn soá trung gian naèm trong khoaûng (100 ¸ 500MHz) vì ôû daûi taàn soá ñoù ta coù boä loïc thaïch anh vaø boä loïc cô ñieän toát nhaát. Sau ñoù ñeå chuyeån fTG leân taàn soá taûi tin f0 ta duøng theâm moät vaøi boä ñieàu cheá caân baèng vaø boä loïc daûi ôû caùc taàn soá khaùc nhau. Moãi laàn loïc thì tyû soá X lôùn hôn neân deã thöïc hieän loïc hôn. Phöông phaùp ñoù goïi laø phöông phaùp toång hôïp. Phöông phaùp toång hôïp: Dao ñoäng n Dao ñoäng 2 Dao ñoäng 1 Hình 2-5a: Sô ñoà khoái cuûa phöông phaùp toång hôïp f1 f2 fn f0 = f1 + f2 +…+ fn 2D = 2w1 + 2Wmin w2+w1+Wmin w2+w1+Wmax w2-w1-Wmax w2-w1-Wmin w1+Wmin w1+Wmax w1-Wmax w1-Wmin w1+Wmin w1+Wmax 2Wmin Wmin Wmax w1 w2 f f f f f V1 V2 V3 V4 V5 Hình 2.5b:Phoå tín hieäu theo phöông phaùp toång hôïp ÑCCBI Loïc 1 ÑCCB II Loïc 2 ÑCCB n Loïcn Boä loïc 1 thöôøng laø boä loïc thaïch anh hay boä loïc cô ñieän chaát löôïng cao vì D raát nhoû. Taàn soá soùng mang thöù 2 coù f1>>f0 vaø D = w1 + Wmin khaù lôùn neân deã loïc hôn. Vì vaäy boä loïc 2 thöôøng laø boä loïc L, C ñôn giaûn. Neáu f2 chöa ôû trong daûi taàn soá laøm vieäc thì ta laïi duøng tôùi taàn soá thöù 2 : duøng boä ñieàu cheá caân baèng 3. Boä loïc 3 cuõng ñôn giaûn nhö boä loïc 2 vì D lôùn: D = w1 +w2 + Wmin Cöù theá cho ñeán khi naøo ta ñaït ñöôïc taàn soá laøm vieäc f0. (taàn soá taûi tin) c) Phöông phaùp quay pha: Nguyeân taéc taïo tín hieäu ñôn bieân baèng phöông phaùp quay pha ñöôïc minh hoïa treân ñoà thò vectô hình 2-6 I 1,2 4 3 I 4 3 1 2 a a a II II a wWt = 00 wWt = a0 Hình 2-6: Ñoà thò vector cuûa dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân theo phöông phaùp quay pha Tín hieäu aâm taàn VW vaø daûi tin Vwo tröôùc khi ñöa vaøo boä ÑCCB II ñöôïc di pha moät goùc 900. Coøn tín hieäu aâm taàn VW vaø taûi tin Vwo ñöôïc ñöa thaúng vaøo boä ÑCCB I. Tín hieäu ôû ñaàu ra cuûa hai boä ÑCCB seõ qua boä toång (hoaëc hieäu) vaø ôû ñaàu ra cuûa boä toång (hoaëc hieäu) laø tín hieäu ñôn bieân SSB nhö hình 2-7 VSSB ÑCCB I ÑCCB II Di Pha 900 Maïch toång Dao ñoäng taûi tin Di Pha 900 VI VII VW Hình 2-7: Sô ñoà khoái maïch ñieàu cheá SSB theo phöông phaùp quay pha Phöông phaùp quay pha ñöôïc thöïc hieän ôû ngay daûi taàn soá laøm vieäc. ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB I ta nhaän ñöôïc: ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB II ta nhaän ñöôïc: ÔÛ ñaàu ra boä toång ta nhaän ñöôïc: VSSB = VwoVWcos(w0 - W)t (2.2) Ñaây chính laø bieân taàn döôùi cuûa tín hieäu SSB. Neáu ta thay maïch toång baèng maïch hieäu ta seõ nhaän ñöôïc bieân taàn treân. Phöông phaùp naøy coù theå môû roäng cho tröôøng hôïp heä thoáng ñieàu cheá coù soá löôïng boä ñieàu cheá n ³ 3, luùc ñoù seõ coù n maïch quay pha P/n. Bieåu thöùc 2.2 chæ ñuùng khi hai boä ÑCCB hoaøn toaøn gioáng nhau ñeå VI, VII coù bieân ñoä nhö nhau vaø hai boä di pha phaûi taïo ra di pha chính xaùc (ñuùng 900). Neáu khoâng ôû ñaàu ra ta seõ thu ñöôïc caû hai bieân taàn. Ñaây laø khoù khaên lôùn vì thöïc hieän quay pha chính xaùc ñoái vôùi moät tín hieäu coù daûi taàn roäng (Wmin + Wmax) khoâng phaûi ñôn giaûn. Vì vaäy phöông phaùp naøy ngaøy nay ít ñöôïc söû duïng. Phöông phaùp loïc vaø quay pha keát hôïp: Di pha 900 Dao ñoäng w1 Loïc thoâ._.ng döôùi 1 Dao ñoäng w2 Maïch toång VW VII V'II V'I VIII VI VSSB Hình 2-8: Sô ñoà khoái maïch ñieàu cheá SSB theo phöông phaùp loïc vaø quay pha keát hôïp Di pha 900 ÑCCB IV Loïc thoâng döôùi 2 ÑCCB II ÑCCB I ÑCCB III Ta choïn taûi tin thöù nhaát coù taàn soá dao ñoäng : ñeå deã daøng loïc laáy thoâng döôùi ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB I vaø II ta nhaän ñöôïc: Qua boä loïc thoâng döôùi 1, 2 ta nhaän ñöôïc: ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB III vaø IV ta nhaän ñöôïc: fSmin ft1 ft2 ft1 + ft2 S(f) S(f) S(f) S(f) fSmin fSmax ft1 f f f f a) b) c) d) Hình 2-9: Phoå vaø ñoà thò vectô cuûa dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân theo phöông phaùp loïc – quay pha keát hôïp. Phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá; Phoå tín hieäu ra treân boä ÑCCB I; Phoå tín hieäu ra boä loïc; Phoå tín hieäu ra maïch hieäu ÔÛ ñaàu ra boä toång ta nhaän ñöôïc: Ñaây laø bieân taàn treân cuûa tín hieäu SSB. Neáu ta thay boä toång baèng boä hieäu ta seõ thu ñöôïc bieân taàn döôùi. Phöông phaùp khoâng caàn duøng maïch quay pha ñoái vôùi tín hieäu ñieàu cheá neân deã thöïc hieän hôn. Phoå cuûa tín hieäu ñôn bieân vaø ñoà thò vectô cuûa noù theo phöông phaùp loïc – quay pha keát hôïp ñöôïc bieåu dieãn treân hình 2-9. 3. Ví duï minh hoïa: Cho tín hieäu taûi tin: V0(t) = 10 cos (6p*106) t Vaø tín hieäu dieàu cheá: VW (t) = 5 cos (3p*104) t. Haõy vieát bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân ôû ñaàu ra VSSB trong tröôøng hôïp duøng phöông phaùp quay pha vaø veõ daïng tín hieäu VSSB ñoù. Giaûi: Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân: VSSB (t) = VI +VII = 50 cos (597p*104) t - Moâ phoûng daïng tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân: f=597*pi*10^4; T=1/f; t=0:T/50:30*T; V=50*cos(f*t); plot(t,V) title('DC-SSB') CHÖÔNG 2 ÑIEÀU TAÀN & ÑIEÀU PHA (FM: Frequency Modulation - PM: Pules Modulation) Quan heä giöõa ñieàu taàn vaø ñieàu pha: w = (3.1) dy dt Vì giöõa taàn soá vaø goùc pha cuûa moät dao ñoäng coù quan heä vôùi nhau, neân deã daøng chuyeån ñoåi söï bieán thieân taàn soá thaønh bieán thieân veà pha vaø ngöôïc laïi: Ñieàu taàn vaø ñieàu pha laø quaù trình ghi tin töùc vaøo taûi tin, laøm cho taàn soá hoaëc pha töùc thôøi cuûa taûi tin bieán thieân theo daïng tín hieäu ñieàu cheá (tín hieäu aâm taàn). Taûi tin laø dao ñoäng ñieàu hoøa: V0(t) = V0cos(w0t +j0) = V0cosj(t) (3.2) Töø 3.1 ta coù : Thay (3.3) vaøo (3.2) ta nhaän ñöôïc bieåu thöùc: Giaû thieát tín hieäu ñieàu cheá laø tín hieäu ñôn aâm : VW(t)= VWcosWt (3.5) Khi ñieàu cheá taàn soá hoaëc ñieàu cheá pha thì taàn soá hoaëc goùc pha cuûa taûi tin bieán thieân tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá vaø chuùng ñöôïc xaùc ñònh theo caùc bieåu thöùc sau: w(t) = w0 + DwcosWt (3.6) Dw: löôïng di taàn cöïc ñaïi. mf = k = (3.7) VW W W Dw Khi ñoù ta coù chæ soá ñieàu taàn: k: heä soá tyû leä j(t) = j0 + Dj cosWt (3.8) Dj: löôïng di pha cöïc ñaïi. Khi ñoù ta coù chæ soá ñieàu pha: mp= kVW = Dj (3.9) Töø (3.6) ta coù: Dw = kVW (3.10) Neân khi VW = const thì Dw= const nhöng khi W thay ñoåi thì mf cuõng thay ñoåi. Töø (3-8) ta nhaän thaáy khi VW = const thì mp = const, nhöng ñoä di taàn khi ñieàu pha thì taêng tyû leä vôùi taàn soá ñieàu cheá theo bieåu thöùc: Nhö vaäy ñieàu khaùc nhau cô baûn giöõa ñieàu taàn vaø ñieàu pha laø löôïng di taàn khi ñieàu pha tyû leä vôùi bieân ñoä ñieän aùp ñieàu cheá vaø taàn soá ñieàu cheá, coøn löôïng di taàn khi ñieàu cheá taàn soá chæ tyû leä vôùi bieân ñoä ñieän aùp ñieàu cheá maø thoâi. Thay (3.6) vaø (3.8) vaøo (3.3) ta nhaän ñöôïc tín hieäu ñaõ ñieàu taàn vaø ñieàu pha nhö sau: VFM(t) = V0cos(w0t + sinWt + j0) (3.12) VPM(t) = V0cos(w0t + DjcosWt + j0) (3.13) Ta nhaän thaáy neáu ta ñöa tín hieäu ñieàu cheá qua moät maïch tích phaân, roài vaøo maïch ñieàu cheá pha thì ôû ñaàu ra ta seõ nhaän ñöôïc tín hieäu ñieàu cheá taàn soá. Ngöôïc laïi, neáu ta ñöa tín hieäu ñieàu cheá qua moät maïch vi phaân, roài vaøo maïch ñieàu cheá taàn soá thì ôû ñaàu ra ta nhaän ñöôïc tín hieäu ñieàu cheá pha (hình 3-1) Loïc thoâng thaáp Taùch soùng pha Chia n:1 Dao ñoäng thaïch anh Chia n2 Khuyeách ñaïi VW fra fTA Hình 3-1: Ñieàu taàn duøng heä thoáng AFC-P Boä dao ñoäng f0 Phoå cuûa dao ñoäng ñieàu taàn vaø ñieàu pha: Coâng thöùc (3.12) vaø (3.13) coù theå vieát laïi nhö sau vôùi j0 = 0: VFM(t) = V0cos(w0t + mfsinWt) (3.14) VPM(t) = V0cos(w0t + mpsinWt) (3.15) Khi ñieàu cheá ñôn aâm, phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn vaø ñieàu pha chæ chöùa thaønh phaàn w0 vaø nhieàu thaønh phaàn taàn soá bieân (w0 ± nW) vôùi n = 1, 2, 3 (ñöôïc cho trong baûng 2-1). Bieân ñoä cuûa caùc thaønh phaàn taàn soá bieân tyû leä vôùi haøm soá Bessel loaïi 1 baäc n nhö hình (3-2) mf J0 Kích thöôùc taàn soá J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11 J12 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 2.4 3.0 4.0 5.0 5.5 6.0 7.0 8.0 8.65 0.98 0.94 0.77 0.51 0.22 0 -0.26 -0.40 -0.18 0 0.15 0.30 0.17 0 0.12 0.24 0.44 0.56 0.58 0.52 0.34 -0.07 -0.33 -0.34 -0.28 0 0.23 0.27 0.01 0.03 0.11 0.23 0.35 0.43 0.49 0.36 0.05 -0.12 -0.24 -0.30 -0.11 0.06 0.02 0.06 0.13 0.20 0.31 0.43 0.36 0.26 0.11 -0.17 -0.29 -0.24 0.01 0.03 0.06 0.13 0.28 0.39 0.40 0.36 0.16 -0.10 -0.23 0.01 0.04 0.13 0.26 0.32 0.36 0.35 0.19 0.03 0.01 0.05 0.13 0.19 0.25 0.34 0.34 0.26 0.02 0.05 0.09 0.13 0.23 0.32 0.34 0.02 0.03 0.06 0.13 0.22 0.28 0.01 0.01 0.02 0.06 0.13 0.10 0.01 0.02 0.06 0.10 0.01 0.03 0.05 0.01 0.02 Baûng haøm Bessel J1 J2 J0 Hình 3-2:Giaù trò heä soá Bessel ñoái vôùi J0, J1, J2 phuï thuoäc mf mf 0,2 0,4 0,6 0,8 1 VFM = V0 J0(m)cosw0t + SJn(m) cos(w0 + nW)t + (-1)n. cos(w0 - nW)t (3.16) Töø ñoà thò hình 3.2 ta coù nhaän xeùt: Bieân ñoä haøm Bessel thay ñoåi trong khoaûng: (-1) ¸ (+1). Coù moät soá mf = 2,4; 5,5; 8,6; 75… coù J0 = 0. Nhö vaäy ta khoâng ñöôïc choïn mf coù caùc giaù trò naøy vì noù seõ laøm maát thaønh phaàn taûi tin w0. Vôùi moät soá m nhaát ñònh thì J1,2 = 0. n caøng cao thì Jn caøng giaûm vaø m caøng lôùn thì Jn cuõng caøng giaûm. Veà lyù thueát n = ¥, nhöng thöïc teá ta chæ chuù yù ñeán caùc thaønh phaàn taàn soá coù Jn(mf) > 0,01J0(mf) . Phoå cuûa caùc haøm Bessel baäc leû ngöôïc pha nhau, coøn phoå cuûa caùc haøm bessel baäc chaün cuøng chieàu vôùi nhau: J(2n + 1)(m) = -J-(2n + 1)(m) (3.17) J2n(m) = J-2n(m) Khi chæ tính ñeán caùc thaønh phaàn coù Jn(mf) ³ 0,01 thì beà roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu taàn chieám laø: DFM = 2(mf ++1)Wmax (3.18) Khi mf > 1 ta coù bieåu thöùc gaàn ñuùng DFM » 2mf Wmax = 2Dw (3.19) w J2 J3 J1 J0 J1 J2 J3 Jn(m) 0 Hình 3-3: Phoå cuûa haøm Bessel Nhö vaäy ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu taàn khoâng phuï thuoäc taàn soá ñieàu cheá W. Ñoái vôùi tín hieäu ñieàu pha, ñoä roäng daûi taàn cuûa noù ñöôïc xaùc ñònh gaàn ñuùng : DPM » 2mpWmax = 2Wmax.Dj (3.20) Vaäy ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu pha phuï thuoäc taàn soá ñieàu cheá . Khi mf £1thì chæ coù moät caëp bieân taàn coù bieân ñoä lôùn hôn 5% bieân ñoä daûi taàn. Do ñoù: DFM » 2Wmax (3.21) Trong tröôøng hôïp ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu taàn baèng ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu bieân, ta goïi laø ñieàu taàn daûi heïp. Ngöôïc laïi khi mf,p >1ta goïi laø ñieàu taàn daûi roäng. Thoâng thöôøng tín hieäu ñieàu cheá laø tín hieäu baát kyø goàm nhieàu thaønh phaàn taàn soá. Luùc ñoù tín hieäu ñieàu cheá taàn soá vaø ñieàu cheá pha coù theå bieåu dieãn toång quaùt theo bieåu thöùc sau: Trong ñoù: ji goùc pha ñaàu; vì hieäu pha khaùc nhau cuûa caùc thaønh phaàn phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá coù tính chaát quyeát ñònh ñoái vôùi daïng tín hieäu toång quaùt cuûa noù. w0 + SmiWi (3.23) m i = 1 Khai trieån (3.22) theo chuoãi Bessel ta coù h ñieàu taàn vôùi taát caû thaønh phaàn taàn soá toång hôïp: Vôùi mi: laø soá nguyeân höõu tyû: -¥ £ m £ ¥ Khi taàn soá ñieàu cheá thay ñoåi (W bieán thieân) thì beà roäng phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn khoâng thay ñoåi nhöng soá vaïch phoå thay ñoåi theo W. Ngöôïc laïi, khi taàn soá ñieàu cheá thay ñoåi thì beà roäng phoå cuûa tín hieäu ñieàu pha thay ñoåi, nhöng soá vaïch phoå khoâng thay ñoåi. Hình 3-4 minh hoïa söï khaùc nhau veà beà roäng phoå vaø soá vaïch phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn vaø ñieàu pha. f f f mf = 5 mf = 1 W = 1kHz W = 5kHz W = 5kHz Dw Dw Dw Dw (a) (b) Hình 3-4: Beà roäng phoå vaø soá vaïch phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn (a); vaø cuûa tín hieäu ñieàu pha (b) Maïch ñieàu taàn vaø ñieàu pha: Veà nguyeân taéc coù theå phaân bieät maïch ñieàu taàn giaùn tieáp caø maïch ñieàu taàn tröïc tieáp, cuõng nhö maïch ñieàu pha giaùn tieáp vaø maïch ñieàu pha tröïc tieáp. Trong ñoù ñieàu taàn giaùn tieáp laø ñieàu taàn thoâng qua ñieàu pha (hình 3-1a) vaø ngöôïc laïi ñieàu pha giaùn tieáp laø ñieàu pha thoâng qua ñieàu taàn (hình 3-1b). Nhö vaäy ta chæ caàn nghieân cöùu caùc maïch ñieàu taàn tröïc tieáp vaø maïch ñieàu pha tröïc tieáp, roài döïa vaøo sô ñoà khoái treân hình 3-1 suy ra ñöôïc ñieàu taàn giaùn tieáp vaø ñieàu pha giaùn tieáp. Wmin Wmax W Hình 3-5: Phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá aâm taàn (VW) 0 Hình 3-6:Maïch naâng cao taàn(a) ôû maùy phaùt vaø maïch giaûm taàn cao (b) ôû maùy thu. VW VW KAT Ñieàu taàn R R C C a) b) Xeùt phoå aâm thanh cuûa ngöôøi, ta thaáy thöïc teá ôû taàn soá cao bieân ñoä aâm bò giaûm nhoû. Do ñoù ôû taàn soá cao ñoä di taàn nhoû vì Dw = kVW nghóa laø tín hieäu ñieàu taàn bò meùo. Ñeå khaéc phuïc ôû phía maùy phaùt tröôùc khi ñöa tín hieäu ñieàu cheá VW vaøo boä ñieàu taàn, ta phaûi ñöa qua boä khueách ñaïi naâng taàn soá cao (emphasis) ñeå trong daûi taàn soá ñieàu cheá ta coù Dw » const. Ngöôïc laïi trong maùy thu ôû taàn ñaàu cuûa boä khueách ñaïi aâm taàn ta phaûi cho tín hieäu ñaõ ñieàu cheá qua boä suy giaûm taàn soá (deemphasis) ñeå nhaän ñöôïc tín hieäu trung thöïc ôû loa. (hình 3-6) Maïch ñieàu taàn tröïc tieáp: Khi ñieàu taàn tröïc tieáp, taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa maïch taïo dao ñoäng ñöôïc ñieàu khieån theo tín hieäu ñieàu cheá. Maïch ñieàu taàn tröïc tieáp thöôøng ñöôïc thöïc hieän bôûi caùc maïch taïo dao ñoäng maø taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa noù ñöôïc ñieàu khieån bôûi doøng ñieän hoaëc aùp (VCO: Voltage controlled oscillator vaø CCO: Circuit controlled oscillator) hoaëc bôûi caùc maïch bieán ñoåi ñieän aùp – taàn soá. Caùc maïch taïo dao ñoäng bieán ñoåi theo ñieän aùp ñaët vaøo coù theå laø maïch taïo dao ñoäng xung hoaëc caùc maïch taïo dao ñoäng ñieàu hoøa LC. Caùc maïch taïo dao ñoäng LC cho khaû naêng bieán ñoåi taàn soá khaù roäng vaø coù taàn soá trung taâm cao. Nguyeân taéc thöïc hieän ñieàu taàn trong caùc boä taïo dao ñoäng theo ñieän aùp ñaët vaøo. Phöông phaùp phoå bieán nhaát laø duøng diode bieán dung (varicap) vaø transistor ñieän khaùng. Ñieàu taàn duøng trasistor ñieän khaùng: Phaàn töû ñieän khaùng: dung tính hoaëc caûm tính coù trò soá bieán thieân theo ñieän aùp ñieàu cheá ñaët treân noù ñöôïc maéc song song vôùi heä dao ñoäng cuûa boä taïo dao ñoäng laøm cho taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo tín hieäu ñieàu cheá. Phaàn töû ñieän khaùng ñöôïc thöïc hieän nhôø moät maïch di pha maéc trong maïch hoài tieáp cuûa moät transistor. Coù 4 caùch maéc maïch phaàn töû ñieän khaùng nhö bieåu dieãn trong baûng 3.1 Vôùi maïch phaân aùp RC ta tính ñöôïc: S: hoã daãn Z » = jXL = jwLtñ (3.24) jwCR S Trong ñoù: Ltd = SC S Neáu choïn caùc linh kieän sao cho thì trôû khaùng Z coù theå xaùc ñònh theo bieåu thöùc: Caùch maéc Sô ñoà nguyeân lyù Ñoà thò vector Trò soá ñieän khaùng Tham soá töông ñöông I V VC VR R C I V Maïch phaân aùp RC I L R V I V VR VL Maïch phaân aùp RL I V VC VR R I C V Maïch phaân aùp RC I R L V I V VL VR Maïch phaân aùp LC Baûng 3-1 Töông töï nhö vaäy, coù theå chöùng minh cho caùc sô ñoà phaân aùp coøn laïi trong baûng 3-1. Caùc tham soá töông ñöông cuûa thaønh phaàn ñieän khaùng ñieàu phuï thuoäc vaøo hoå daãn S. Roõ raøng, khi ñieän aùp ñieàu cheá ñaët vaøo base cuûa phaàn töû ñieän khaùng thay ñoåi thì S thay ñoåi vaø do ñoù caùc tham soá Ltñ hoaëc Ctñ thay ñoåi laøm cho taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo VW. Ñieàu taàn duøng phaàn töû ñieän khaùng coù theå ñaït ñöôïc löôïng di taàn töông ñoái Df/ft khoaûng 2%. Hình3-7: Sô ñoà boä taïo dao ñoäng ñieàu taàn baèng phaàn töû ñieän khaùng phaân aùp RC. CB1 ¸ CB4: Tuï ñieän ngaén maïch cao taàn LC: Cuoän chaën cao taàn LK CB2 CB3 CB44 CK LC L1 CB1 Treân hình 3.7 laø sô ñoà boä dao ñoäng gheùp bieán aùp ñöôïc ñieàu taàn baèng phaàn töû ñieän khaùng phaân aùp RC. Trong ñoù T1 laø transistor ñieän khaùng, T2 laø transistor taïo dao ñoäng. Transistor ñieän khaùng ñöôïc maéc moät phaàn (treân L1) vôùi heä dao ñoäng. Cuõng coù theå maéc hai transistor ñieän khaùng thaønh moät maïch ñaåy keùo ñeå taêng löôïng di taàn treân hình 3.8. Treân sô ñoà naøy (hình 3-8), T1 laø phaàn töû ñieän khaùng caûm tính, vôùi Ltñ = vaø T2 laø phaàn töû ñieän khaùng dung tính vôùi Ctñ = CRST2. Hình 3-8: Sô ñoà taïo dao ñoäng ñieàu taàn baèng maïch ñieän khaùng ñaåy keùo. CB1¸ CB4: tuï ñieän ngaén maïch cao taàn: CB5: tuï ñieän ngaén maïch aâm taàn (uW) US UB R R1 R2 R3 R4 CB1 C2 C1 CB5 CB3 CB2 CE CB4 CK LK T3 T2 T1 R4 LC Theo sô ñoà, khi USSB taêng thì ST1 taêng, coøn ST2 giaûm, laøm cho Ltñ vaø Ctñ ñeàu giaûm, do ñoù taàn soá giaûm nhanh hôn theo ñieän aùp ñieàu cheá vaø löôïng di taàn taêng leân gaáp ñoâi (neáu T1, T2 coù tham soá gioáng nhau). Maïch coøn coù öu tieân, taêng ñöôïc ñoä oån ñònh taàn soá trung taâm ft cuûa boä taïo dao ñoäng (T3). Thaät vaäy, giaû thieát ñieän aùp nguoàn cung caáp taêng thì hoã daãn cuûa caû T1 vaø T2 ñeàu taêng moät löôïng DS. Luùc ñoù Ltñ giaûm, Ctñ taêng. Neáu maïch ñieän T1, T2 hoaøn toaøn ñoái xöùng thì löôïng taêng cuûa Ctñ seõ buø ñöôïc löôïng giaûm cuûa Ltñ , do ñoù coù theå coi taàn soá trung taâm khoâng ñoåi. Ñieàu taàn duøng diode Tunel: Ngöôøi ta coù theå ñöa ñieän aùp ngöôïc vaøo hai ñaàu diode ñeå thay ñoåi ñieän dung giaùn tieáp cuûa diode theo tín hieäu ñieàu cheá aâm taàn. Khi ñoù: CÑ » (3.25) k = const VÑ £ 0,8 VÑ ñaùnh thuûng LK CK C1®¥ C1®¥ R2 Hình 3-9: Ñieàu taàn baèng Diode Tunel. Sô ñoà ñieàu taàn; Ñaëc tuyeán Volt-ampe vaø R VW a) b) V V I 0 0 R+ VCC VW Nhöng do CÑ bieán ñoåi trong moät phaïm vi raát nhoû vaø khoâng tuyeán tính, neân noù chæ ñöôïc söû duïng trong caùc maïch töï ñoäng ñieàu chænh taàn soá, maø khoâng duøng ñeå taïo neân tín hieäu ñieàu taàn. Ñeå taïo tín hieäu FM ta coù theå duøng diode tunel nhö hình 3-9 R1, R2: taïo phaân cöïc cho diode Tunel naèm ôû ñoaïn coù ñieän trôû aâm. C1: cho ñieän aùp aâm taàn ñi qua, ngaên ñieän aùp moät chieàu. C2: ngaén maïch ñieän aùp cao taàn khoâng cho vaøo nguoàn cung caáp VCC . f0 = - (3.26) 1 2p 1 LK(CK + C2) 1 C2(CK + C1)½R½2 Ñoái vôùi diode Tunel taàn soá dao ñoäng cuûa maïch bieán thieân theo ñieän aùp phaân cöïc. Töø hình 3-9b ta nhaän thaáy chæ caàn moät söï thay ñoåi nhoû cuûa ñieän aùp phaân cöïc cuõng gaây neân söï bieán thieân lôùn cuûa ñieän trôû aâm vaø laøm cho taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo bieåu thöùc: Khi VW taêng thì VÑ taêng vaø IÑ giaûm neân R = VÑ/IÑ taêng laøm f0 taêng leân. Khi VW giaûm thì VÑ giaûm vaø IÑ taêng neân R = VÑ/IÑ giaûm laøm f0 giaûm xuoáng. Maïch ñieàu taàn baèng diode Tunel khaù ñôn giaûn vaø tuyeán tính hôn duøng diode thöôøng song ñoä di taàn khaù heïp (Dw nhoû). Ta thaáy taïo tín hieäu ñieàu taàn baèng ñeøn ñieän khaùng, baèng diode vaø diode Tunel coù ñoä di taàn heïp do chuùng khoâng tröïc tieáp taùc ñoäng leân taàn soá dao ñoäng f0. Töø khi Varicap ra ñôøi ngöôøi ta chuû yeáu söû duïng noù laøm phaàn töû ñieàu taàn vì ñieän dung cuûa noù thay ñoåi theo ñieän aùp phaân cöïc vaø tröïc tieáp laøm thay ñoåi taàn soá dao ñoäng. ÔÛ phaïm vi taàn soá cao khi CV thay ñoåi laøm f0 thay ñoåi raát nhieàu taïo neân ñoä di taàn lôùn vaø ñaëc tuyeán cuûa Varicap tuyeán tính, tính choáng nhieãu cao, khoâng tieâu thuï naêng löôïng neân noù duøng ñeå ñieàu taàn raát toát. Ñieàu taàn duøng Varicap: CD CD CD 0 0 t VW c) Hình 3-10: Sô ñoà töông ñöông (a); Sô ñoà maéc maïch cuûa Varicap (b); vaø ñaëc tuyeán ñieàu cheá CV theo VW(c) LK CK VPC VW RPC CD RD b) a) CV = (3.27) (VÑ +jT)g k Diode bieán dung (Varicap) coù ñieän dung maët gheùp bieán ñoåi theo ñieän aùp ñaët vaøo. Noù coù sô ñoà töông ñöông ôû hình 3-10a. Trò soá RV vaø CV phuï thuoäc vaøo ñieän aùp ñaët treân diode. Tröôøng hôïp diode phaân cöïc ngöôïc RV = ¥ vaø coøn CV ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Trong ñoù: k: Heä soá tyû leä; k = CV0. jT; CV0 :CV ban ñaàu khi VÑ= 0. j: hieäu ñieän theá tieáp xuùc cuûa maët gheùp; vôùi diode Silic jT » 0,7V. g: heä soá phuï thuoäc vaät lieäu; g = 1/3 ¸1/2 VÑ = VPC + VW (3.28) VPC: ñieän aùp cung caáp moät chieàu ñònh ñieåm laøm vieäc ban ñaàu cho Varicap. Ñoái vôùi transistor Silic g » ½. w » » (3.29) 1 LK(CK + CV) 1 K VPC + VW +0,7 LK CK + Neáu R >>1/wCV thì ta coù taàn soá dao ñoäng cuûa hình 3-10b gaàn ñuùng nhö sau: Neáu ta choïn CV >> CK ta coù bieåu thöùc gaàn ñuùng: w » (3.20) Ta thaáy taàn soá tyû leä vôùi ñieän aùp ñieàu cheá VW qua caên baäc 4 neân VW phaûi ñuû lôùn ñeå taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo VW. Treân hình 3-10b ta thaáy ñieän aùp cao taàn treân LK, CK seõ phaân cöïc thuaän Varicap taêng leân. Daãn tôùi laøm heä soá phaåm chaát cuûa maïch coäng höôûng giaûm vaø taïo neân soùng haøi khi Varicap ñöôïc phaân cöïc lieân tieáp aâm, döông. Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng naøy ta coù moät soá bieän phaùp sau: Tính toaùn ñeå sao cho diode luoân luoân phaân cöïc ngöôïc khi treân noù coù caû ñieän aùp cao taàn. Ñieän aùp ñaët treân diode: VD=V0cosw0t + VWcost – VPC (3.21) VDmax = V0 + VW - VPC £ 0 (3.22) Nhöng ñieän aùp ngöôïc ñaët leân diode cuõng khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá cho pheùp, noù ñoàng thôøi thoûa maõn coâng thöùc: VDmin = ½- V0 - VW - VPC½ £ Vng cho pheùp (3.23) +Vpc Rpc Cgh CK LK LK Vpc VW VW CK Lch R VR1 Hình 3-11: Maéc ñaåy keùo Varicap Maéc theâm tuï gheùp Cgh noù seõ ngaên khoâng cho ñieän aùp cao taàn xuaát hieän treân Varicap. Nhöng nhö vaäy khi VW thay ñoåi CV thay ñoåi nhöng seõ thay ñoåi raát ít, neân ñoä di taàn seõ heïp. Ñeå khaéc phuïc caû hai nhöôïc ñieåm treân, ngöôøi ta khoâng maéc Cgh , maø maéc hai Varicap ngöôïc nhau nhö hình 3-11. Caùch maéc naøy goïi laø maéc ñaåy keùo Varicap. Hai Varicap ñöôïc phaân cöïc cuøng moät luùc. Khi tín hieäu cao taàn aùp vaøo 2 varicap gioáng nhau, noù seõ laùi chuùng ñeán nhöõng giaù trò ñieän dung cao vaø thaáp luaân phieân nhau: Do ñoù ñieän dung ñuùng trong maïch gaàn nhö khoâng thay ñoåi theo ñieän aùp cao taàn, maø chæ thay ñoåi ñieän aùp aâm taàn. Khi ñoù ñeå Varicap phaân cöïc ngöôïc ta chæ caàn thoûa maõn ñeàu kieän: VDmax = VW - Vpc £ 0 vaø VDmin = ½- VW -Vpc½£ Vng cho pheùp Nhö vaäy phaïm vi thay ñoåi cuûa ñieän aùp ñieàu cheá VW seõ lôùn hôn, daãn tôùi phaïm vi bieán ñoåi cuûa CV cuõng lôùn hôn, nghóa laø ñoä di taàn seõ lôùn hôn. Tuy nhieân maéc 2 Varicap ñaåy keùo seõ laøm giaûm ñieän dung töông ñöông Ctñ = CV/2 (neáu 2 Varicap gioáng nhau). Ñeå buø laïi ngöôøi ta choïn nhöõng Varicap coù giaù trò baèng 2 laàn Ctoång maø ta mong muoán. (Ví duï CV = 15pF thì ta phaûi choïn CV1 = CV2 =30pF). Vì doøng phaân cöïc Icp =0 neân bieán trôû VR1 vaø R coù theå coù giaù trò raát lôùn. Tuy nhieân ñeå Varicap ñaùp öùng nhanh vôùi VW thì R vaø VR1 khoâng neân choïn lôùn laém vì haèng soá thôøi gian t = (R + VR1) CV Khi ñieàu taàn duøng Varicap caàn chuù yù nhöõng ñaëc ñieåm sau: Luoân luoân phaân cöïc ngöôïc cho Varicap ñeå traùnh aûnh höôûng cuûa RV ñeán phaåm chaát cuûa heä dao ñoäng , nghóa laø ñeán ñoä oån ñònh taàn soá cuûa maïch. Phaûi haïn cheá khu vöïc laøm vieäc trong ñoaïn tuyeán tính cuûa ñaët tuyeán CV = f(VD) ñeå giaûm meùo phi tuyeán. Löôïng di taàn töông ñoái khi ñieàu taàn duøng Varicap ñaït khoaûng 1%. Duøng Varicap ñeå ñieàu taàn thì kích thöôùc boä ñieàu taàn nhoû vaø coù theå ñieàu taàn ôû taàn soá sieâu cao, khoaûng vaøi traêm MHz. Tuy nhieân ñoä taïp taùn cuûa baùn daãn lôùn hôn neân keùm oån ñònh. Ta coù sô ñoà ñieàu taàn duøng Varicap ñaåy keùo (3-12) Hình 3-12: Ñieàu taàn duøng Varicap ñaåy keùo C®¥ C®¥ C2 C1 C®¥ R R2 R1 RE LKK C +VCC VFM VR E B LchK VW Phaàn töû dao ñoäng R1, R2, Re taïo thieân aùp töï caáp ñeå luùc ñaàu maïch dao ñoäng ôû cheá ñoä lôùp A (deã dao ñoäng) sau chuyeån veà dao ñoäng ôû lôùp B,C (ñeå coù hieäu suaát cao). Ñaây laø maïch ba ñieåm ñieän dung. Trong ñoù LK cuøng Varicap taïo thaønh maïch coäng höôûng song song, nhöng ôû taàn soá dao ñoäng f0 thì noù phaûi töông ñöông nhö moät ñieän caûm . Caùc tuï thoaùt C ® ¥ ngaén maïch ñoái vôùi tín hieäu cao taàn. Lch cho tín hieäu aâm taàn ñi qua, ngaên tín hieäu cao taàn laïi. R vaø VR ñieàu chænh cho ñieåm phaân cöïc ban ñaàu cuûa Varicap ôû ñieåm giöõa cuûa ñoaïn thaúng ñaëc tuyeán CV = f(VÑ) laø phi tuyeán neân thöïc chaát tín hieäu FM vaãn bò meùo. Ñeå khaéc phuïc, ñoái vôùi nhöõng boä ñieàu cheá yeâu caàu ñoä meùo phi tuyeán nhoû ngöôøi ta maéc boä ñieàu taàn theo sô ñoà ñaåy keùo (hình 3-13) Hình 3-13: Sô ñoà ñieàu cheá ñaåy keùo duøng varicap ñôn L’3 L’2 L’1 L’4 L’5 L5 L4 L3 L2 L1 R’1 R’2 Re2 Re1 R2 R1 C’1 C’2 C’3 C’4 C’6 C’5 C5 C6 C4 C3 C2 C1 f = f01 – f02 VW -Vpc1 +Vpc2 -VEE Df1= f01 a1 +a2 +… (3.24) Df2= f02 b1 - +b2 +… (3.25) VW VW VW VW Vpc1 Vpc1 Vpc2 Vpc2 2 2 Sô ñoà hình 3.13 goàm hai boä ñoåi taàn ñaåy keùo laøm vieäc ôû hai taàn soá khaùc nhau: f01 vaø f02 vaø ñaàu ra boä ñoåi taàn ta coù taàn soá trung gian: f0 = f01 – f02. Ñieän aùp ñieàu cheá aâm taàn VW ñöôïc ñöa ñoàng pha tôùi hai boä ñieàu cheá, nhöng do Varicap 2 (V2) maéc ngöôïc pha vôùi Varicap 1 (V1) neân khi f01taêng thì f02 giaûm vaø ngöôïc laïi nhö hình 3-14. Ñoä lôïi cuûa hai boä ñieàu taàn coù theå vieát nhö sau: + a1, a2, b1, soá phuï thuoäc ñoä doác vaø daïng cuûa ñaëc tuyeán ñieàu cheá. + Vpc1, Vpc2: ñieän aùp phaân cöïc ngöôïc ñònh ñieåm laøm vieäc ban ñaàu cho Varicap. + VW: ñieän aùp ñieàu cheá. Daáu (-) trong bieåu thöùc bieåu hieän söï maéc ngöôïc pha cuûa Varicap. Ñeå buø meùo baäc hai ta phaûi thöïc hieän ñieàu kieän: Trong thöïc teá ta thöôøng thieát keá Vpc1 = Vpc2 Khi ñoù (3.26) trôû thaønh: f01. a2 = f02.b2 (3.27) CV2 C’V2 CV20 C’V1 CV10 CV1 0 0 VW VW VPC2 VPC1 - + Hình 3-14: Ñaëc tuyeán CV = f(VD) Neáu ta choïn Varicap tröôùc (bieát tröôùc a2, b2) thì ta chæ vieäc choïn f01, f02 thoûa maõn (3.27) ta seõ trieät ñöôïc meùo baäc 2. Khi chöa ñieàu cheá, sau boä ñoåi taàn ta thu ñöôïc: ftg = f01 – f02. ftg + Df = (f01+Df1) – (f02+Df2). Nghóa laø : Df = Df1 - Df2 maø Df1, Df2 laïi ngöôïc daáu neân ñoä di taàn chung taêng leân (Df taêng). Nhö vaäy duøng ñieàu cheá taàn soá ñaåy keùo ngoaøi vieäc buø ñöôïc meùo haøi baäc 2, coøn laøm taêng ñoä di taàn. Ñeå buø meùo baäc 3 ngöôøi ta duøng maïng 4 cöïc hieäu chænh C4, L4, R2, C5, L5 vaø C’4, L’4, R’2, C’5, L’5. Neáu ta choïn f01, f02 cao thì ñoä di taàn töông ñoái seõ thaáp (Df1/f01 vaø Df2/f02) laøm giaûm taát caû caùc thaønh phaàn haøi. Meùo do haøi baäc 2 gaây ra ñöôïc buø phaàn nhö hoaøn toaøn. Ñeå taêng ñoä di taàn, taêng ñoä oån ñònh taàn soá vaø giaûm meùo phi tuyeán, ôû daûi soùng cöïc ngaén ngöôøi ta söû duïng sô ñoà ñieàu taàn ñaåy keùo duøng Varicap ñaåy keùo nhö hình 3-15. Hình 3-15: Sô ñoà ñoåi taàn ñaåy keùo duøng Varicap CCE C4 C1 C2 C6 C5 C’5 C’6 C’4 C’2 C’3 C’1 L’3 L’2 R’1 +VPC2 L’4 L’5 L’1 L’6 L’7 L’8 C’CE VW Tôùi AFC +VCC L2 L3 L5 AFC R’2 R1 -VPC1 L7 R2 L4 L6 L8 L1 +VCC + L1, L2, L3, L7, L’1, L’2, L’3, L’7 laø caùc cuoän chaën cho ñieän aùp ñieàu cheá VW qua, khoâng cho ñieän aùp cao taàn Vwo qua. + Zaa’ vaø Zbb’ phaûi töông ñöông vôùi ñieän caûm ñeå taïo thaønh maïch dao ñoäng 3 ñieåm C (Clapp) coù ñoä oån ñònh cao. + AFC: heä soá töï ñoäng ñieàu chænh taàn soá. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa sô ñoà hình 3-15 töông töï sô ñoà hình 3-13, chæ khaùc laø caùc Varicap ñöôïc maéc thaønh töøng caëp ñaåy keùo. Sau ñoåi taàn ta thu ñöôïc taàn soá trung gian: w0 = w01 - w02 Dw = Dw1 - Dw2 = ±15% w0 vaø meùo phi tuyeán g = 1%. Ñeå taàn soá trung gian w0 khaù cao thì w01 vaø w02 phaûi raát cao, do ñoù ta caàn coù heä thoáng AFC ñeå töï ñoäng ñieàu chænh taàn w01 vaø w02 ñaûm baûo yeâu caàu veà ñoä oån ñònh ñaõ cho. 2 . Caùc maïch ñieàu pha: Dao ñoäng thaïch anh ÑB 1 ÑB 2 Di pha 900 Toång Hình 3-16: Ñieàu cheá pha theo Amstrong VW Ñieàu cheá pha theo Amstrong: Tín hieäu taûi tin ñöôïc taïo ra töø boä dao ñoäng thaïch anh (ñeå coù ñoä oån ñònh taàn soá cao), ñöôïc ñöa tôùi hai boä ñieàu bieân (ÑB1 vaø ÑB2) leäch pha nhau 900. Coøn tín hieäu ñieàu cheá aâm taàn VW ñöôïc ñöa ñeán hai maïch ñieàu bieân ngöôïc pha. Ñieän aùp ra treân hai boä ñieàu bieân seõ laø: VAM1 = V01(1 + mcosWt) cosw0t = V01cosw0t + V01 cos(w0t + W) + cos(w0t - W)t (3.28) VAM2 = V02(1 + mcosWt) cosw0t = V02cosw0t + V02 sin(w0t + W) + sin(w0t - W)t (3.29) m 2 m 2 Ñoà thò vector cuûa VAM vaø VAM2 vaø Vector VS = VPM ñöôïc bieåu dieãn treân hình 3-17 mV01 V01 VAM1 VAM2 mV02 V02 Dj Dj VS VS VS 0 Hình 3-17: Ñoà thò vector cuûa tín hieäu ñieàu pha Amstrong Töø ñoà thò ta thaáy raèng toång caùc dao ñoäng ñaõ ñieàu bieân VS = VAM1 + VAM2 laø moät dao ñoäng ñieàu cheá veà pha vaø bieân ñoä. Ñieàu bieân ôû ñaây laø ñieàu bieân kyù sinh. Maïch coù nhöôïc ñieåm laø ñoä di pha nhoû. Ñeå haïn cheá möùc ñieàu bieân kyù sinh, choïn Dj nhoû. Ñeå coù ñieàu bieân kyù sinh nhoû hôn 1% thì Dj £ 0,35. Maëc khaùc sau boä ñieàu pha ta coù theå ñaët boä haïn cheá bieân ñoä ñeå loaïi boû ñieàu bieân kyù sinh. Do gaây ra ñieàu bieân kyù sinh vaø ñoä di pha nhoû (Dj nhoû) neân phöông phaùp naøy ít ñöôïc söû duïng. Maïch ñieàu cheá pha duøng maïch loïc: Hình 3-18: Ñieàu cheá pha duøng maïch loïc VPM VW VCC Lch C C C C’ C’ C’ R1 R2 Trong hình 3-18 boä ñieàu cheá pha ñöôïc thöïc hieän bôûi 3 maéc loïc laø ba maïch coäng höôûng dao ñoäng gioáng nhau, ñöôïc ñieàu chænh coäng höôûng bôûi Varicap. ZK = (3.30) Trong ñoù: RK = , Q = = , w0 = RK 2Dw w0 1+jQ L Cr 1 wCr r r LCV 1 Khi VW thay ñoåi, CV thay ñoåi, daãn tôùi taàn soá coäng höôûng f0 thay ñoåi neân trôû khaùng töông ñöông cuûa maïch coäng höôûng thay ñoåi theo: Dw = w - w0 vaø w0 + w » 2w0 j = arctg (3.30) - 2QDw w0 Goùc pha cuûa trôû khaùng töông ñöông ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc: Roõ raøng khi VW thay ñoåi thì Dw thay ñoåi, do goùc pha j bieán thieân moät löôïng töông öùng. Do ½ZK½cuõng bieán thieân theo Dw neân maïch naøy coù ñieàu bieân kyù sinh. Neáu choïn caùc maïch coäng höôûng loïc LC hôïp lyù (moãi maéc loïc di pha 600), coù theå laøm cho ñaët tuyeán j = f(VW) tuyeán tính hôn, do ñoù ñaït ñöôïc löôïng di pha töông ñoái lôùn Dj = P vaø meùo phi tuyeán nhoû g £ 1%. Treân hình 3-19. Caùc tuï gheùp C ñeå ngaên ñieän aùp moät chieàu vaø cho ñieän aùp cao taàn ñi qua; Caùc tuï thoaùt C’ ñeå ngaên ñieän aùp moät chieàu vaø ñieän aùp cao taàn, chæ cho ñieän aùp aâm taàn VW ñi qua. Do ñoù C’ >> C. Moät daïng ñieàu cheá pha khaùc: Hình 3-19: Ñieàu pha baèng maïch di pha hai cöûa VPM +Vpc VW Vw0 Lch C’ C2 C C R3 R4 R5 R2 V1(CV1) V1 V2 V2 L2 L1 C2 VW VPM Vw0 R6 Trong sô ñoà, R1 laøm giaûm bôùt bieân ñoä ña cao taàn Vwo. R2, R3, R4, R5, R6 ñeå taïo phaân cöïc ngöôïc cho Varicap V1, V2. Ñeå V2 phaân cöïc ngöôïc thì R3 >> R4. Caùc tuï C ngaên ñieän aùp moät chieàu, cho tín hieäu cao taàn qua. C’ ngaên ñieän aùp moät chieàu vaø tín hieäu cao taàn, chæ cho tín hieäu aâm taàn qua neân C’ >> C. Caùc phaàn töû ñieän khaùng taïo thaønh moät maïng 4 cöïc di pha nhö hình 3.19b. Döôùi taùc duïng cuûa ñieän aùp ñieàu cheá VW thì CV1 vaø CV2 seõ thay ñoåi. Maëc duø söï thay ñoåi cuûa ñieän dung laø nhoû nhöng do bieân ñoä cuûa heä soá truyeàn ñaït thay ñoåi khoâng ñaùng keå neân söï thay ñoåi pha coù theå ñaït tôùi ± 7%. Trong thöïc teá, caùc maïch ñieàu pha thöôøng ñöôïc duøng keát hôïp vôùi maïch tích phaân ñeå thöïc hieän ñieàu taàn giaùn tieáp. Maïch ñieàu taàn giaùn tieáp so vôùi maïch ñieàu taàn tröïc tieáp thì löôïng di taàn nhoû hôn vì Dj nhoû, nhöng coù ñoä oån ñònh taàn soá trung taâm cao, vì coù theå duøng thaïch anh trong taàng dao ñoäng. Ñeå ñoä di taàn lôùn ta phaûi maéc theâm moät soá taàng Naha nhö hình 3-34. 2. OÅn ñònh taàn soá trung taâm cuûa tín hieäu ñieàu taàn: Maïch nhaân taàn baäc n Maïch troän taàn Maïch nhaân taàn baäc n Maïch troän taàn Boä ñieàu taàn giaùn tieáp Maïch nhaân taàn baäc n-1 Dao ñoäng thaïch anh nf0 ± n2Df f0 ± nDf nf0 ± nDf f0 ± Df f0 nf0 ± n2Df Hình 3-20: sô ñoà khoái duøng maïch nhaân taàn ñeå naâng cao ñoä di taàn Trong maùy phaùt ñieàu taàn, neáu taàn soá trung taâm khoâng oån ñònh thì noù tröïc tieáp laøm meùo vaø laøm sai leäch tín hieäu ñieàu cheá vì tín hieäu chöùa ñöïng trong ñoä di taàn. vì vaäy chuùng ta phaûi ñöa ra caùc bieän phaùp oån ñònh taàn soá trung taâm f0. Ñieàu taàn tröïc tieáp baèng thaïch anh: Cho thaïch anh dao ñoäng ôû taàn soá coäng höôûng rieâng wq = const. Thay ñoåi Cp theo ñieän aùp ñieàu cheá VW , ta seõ taïo ra ñoä di taàn: Vw = wp - wq = Cp/2Cp. CP CP Lq Rq Hình 3-21: Sô ñoà töông ñöông cuûa thaïch anh Thay ñoåi Cp baèng caùch thay ñoåi ñieän dung tieáp giaùp cuûa ñeøn ñieän töû, Transistor hoaëc FET; maéc Varicap hay ñeøn ñieän khaùng song song vôùi thaïch anh. Nhöng do ñoä di taàn töông ñoái nhoû (Dw/w0 £ 0,01) neân ñieàu taàn tröïc tieáp baèng thaïch anh chæ ñöôïc söû duïng trong caùc maùy phaùt thoaïi quoác teá (Df £ 6 KHz). Söû duïng thaïch anh duøng boä taïo dao ñoäng ñeå w0 = const. Sau ñoù duøng boä ñieàu cheá pha ñeå taïo tín hieäu ñieàu taàn. Khi ñoù ta ñaït ñöôïc ñoä meùo phi tuyeán nhoû (g£1%), nhöng ñoä di taàn vaãn coøn khaù nhoû. Vì vaäy phöông phaùp naøy chæ duøng trong caùc maùy phaùt thoaïi quoác teá coù ñoä di taàn nhoû (Df £ 6KHz) vaø ñoä meùo phi tuyeán nhoû (g £ 1%) Dao ñoäng thaïch anh Ñoåi taàn Khuyeách ñaïi Ñieàu taàn V._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

LUANVAN.DOC