thiet bi thu phat 1

7/28/2019 Thiet Bi Thu Phat 1

http://slidepdf.com/reader/full/thiet-bi-thu-phat-1 1/93

1

CHƯƠNG 1

Các khái niệm cơ bản

của hệ thống ĐIệN Tử THÔNG TIN

(thiết bị thu phát)

1.1 Các thành phần của hệ thống thiết bị thu phát

1.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG THIẾT BỊ THU PHÁT

Trong hệ thống thu phát, thông tin được truyền từ nơi này đến nơi khác bằng thiết

bị điện tử thông qua môi trường truyền. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống được biểu diễn

như hình 1.1:

+ Máy phát: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để biến đổi tin tức

thành tín hiệu phù hợp với môi trường truyền.

+ Môi trường truyền: Phương tiện để truyền thông tin, có thể là dây dẫn (gọi là hữu

tuyến như cáp đồng trục, cáp sợi quang) hoặc là khoảng không gian từ nơi phát đến nơi

thu (gọi là vô tuyến, như trong thông tin vi ba số, thông tin vệ tinh)

+ Máy thu: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để nhận tín hiệu từ

môi trường truyền, xử lý và khôi phục lại tín hiệu ban đầu.

+ Nhiễu: Tín hiệu ngẫu nhiên không momg muốn, xen lẫn vào tín hiệu hữu ích, làm sai

dạng tín hiệu ban đầu. Nhiễu có thể xuất hiện trong cả 3 quá trình phát, truyền dẫn và

thu. Do đó việc triệt nhiễu là một vấn đề quan trọng cần được quan tâm trong hệ thống

thiết bị thu phát nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu truyền dẫn.

Máyhát

ôitrường

Máy thuRx

Nhiễu

Tớn hiệuvào:

õm thanh,

Tín hiệu

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống thiết

NhiễuNhiễu

Thuviendientu.org



2

1.1.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT

Máy thu thanh và máy thu hình dân dụng thường được đổi tần 1 lần. Máy thu thông

tin chuyên dụng được đổi tần 2 lần nhằm tăng độ chọn lọc và loại bỏ nhiễu tần số ảnh.Các tín hiệu ban đầu (nguyên thuỷ) dạng tương tự hay số chưa điều chế được gọi là

tín hiệu băng gốc (Base Band Signals). Tín hiệu băng gốc có thể được truyền trực tiếp

trong môi trường truyền như điện thoại nội bộ (Intercom), giữa các máy tính trong

mạng LAN... hoặc truyền gián tiếp bằng kỹ thuật điều chế.

+ Điều chế: là quá trình biến đổi một trong các thông số của sóng mang cao tần h ình

sine (biên độ, tần số hoặc pha) tỉ lệ với tín hiệu băng gốc. Có ba loại điều chế cơ bản:

điều biên AM, điều tần FM, điều pha PM và các biến thể của chúng (dạng tương tự)như SSB, DSB, (dạng số) như FSK, PSK, QPSK, MPSK...

+ Đổi tần: (Trộn tần-Mixer) là quá trình dịch chuyển phổ của tín hiệu đã điều chế lên

cao (ở máy phát) hoặc xuống thấp (ở máy thu) mà không thay đổi cấu trúc phổ (dạng

tín hiệu) của nó để thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu.

+ Tổng hợp tần số: (Frequency Synthesizer) là bộ tạo nhiều tần số chuẩn có độ ổn định

cao từ một hoặc vài tần số chuẩn của dao động thạch anh.

+ Khuếch đại công suất cao tần: Khuếch đại tín hiệu đã điều chế ở tần số nào đó đến

mức công suất cần thiết, lọc, phối hợp trở kháng với anten phát.

Điều Đổi tần

Tổng

K ĐCS

Tínhiệu

Điều

Hình 1.2 Sơ đồ khối tổng quát của

Thuviendientu.org



3

+ Anten phát: là phần tử biến đổi năng lượng điện cao tần thành sóng điện từ bức xạ

vào không gian.

1.1.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY THU

+ Anten thu: là phần tử biến đổi năng lượng sóng điện từ thành tín hiệu cao tần ở ngõ

vào của máy thu, anten có tính thuận nghịch.

+ Bộ khuếch đại cao tần tín hiệu nhỏ: (RFAmp) thường là bộ khuếch đại nhiễu thấp

LNA (Low Noise Amplifier). Nó khuếch đại tín hiệu thu được từ anten đến mức cần

thiết để đổi tần xuống trung tần.

+ Bộ khuếch đại trung tần: IF Amp (Intermediate Frequency Amplifier): Bộ khuếch

đại có độ chọn lọc cao, hệ số khuếch đại lớn để tăng điện áp tín hiệu đến mức cần thiết

cho việc giải điều chế. Ở nhiều máy thu hiện đại, nhằm tăng chất lượng, việc đổi tần

được thực hiện 2 lần như hình vẽ.

+ Giải điều chế: (Demodulation) là quá trình khôi phục lại tín hiệu ban đầu (tín hiệu

đưa vào điều chế ở máy phát) từ tín hiệu trung tần.

+ Mạch điện tử thông tin liên quan đến tần số cao: Bộ tổng hợp tần số, Bộ điều khiển

số, tải chọn lọc tần số không thuần trở, phối hợp trở kháng, anten, mạch xử lý tín

hiệu...

K ĐCT(LNA

Đổitần

K ĐTT1

Đổitần

K ĐTT2

Giảiđiều

K ĐCS

AGC

Tổngh

Điềukhi n

Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát

Thuviendientu.org



4

Ngày nay, công nghệ hiện đại đã chuẩn hoá vi mạch hầu hết phần cao tần tín hiệu

nhỏ của máy thu và máy phát.

1.2 Phổ tần số

Việc phân loại phổ tần số ra nhiều dải tần để nâng cao hiệu quả sử dụng ở máy thu:

Tên dải tần Tần số Bước sóng

Tần số cực thấp (ELF)

Extremly Low Frequency

(30 - 300) Hz m67 1010

Tần số tiếng (VF)

Voice Frequency

(300 - 3000) Hz m56 1010

Tần số rất thấp (VLF)

Very Low Frequency

(3 - 30)KHz m45 1010

Tần số thấp (LF)

Low Frequency

(30 - 300)KHz m34 1010

Tần số trung bình (MF)

Medium Frequency

(300 - 3000)KHz m23 1010

Tần số cao (HF)

High Frequency

(3 - 30)MHz m12 1010

Tần số rất cao (VHF)

Very High Frequency

(30 - 300)MHz m110

Tần số cực cao (UHF)

Ultra High Frequency

(300 - 3000)MHz m1101

Tần số siêu cao (SHF)

Super High Frequency

(3 - 30)GHz m21 1010

Tần số siêu cực cao (EHF)

Extremly High Frequency

(30 - 300)GHz m32 1010

Thuviendientu.org



5

Vùng ánh sáng Hồng ngoại (IR)

Infrared

m 107,0

Vùng ánh sáng thấy đượcThe Visible Spectrum (Light)

m 8,04,0

Dải tần Vi ba (Microwave) có tần số từ 1GHz đến 40GHz được chia l àm nhiều dải

nhỏ:

L Band : (1 - 2) GHz

S Band : (2 - 4) GHz

C Band : (4 - 8) GHz

X Band : (8 - 12) GHz

Ku Band : (12 - 18) GHz

K Band : (18 - 27) GHz

Ka Band : (27 - 40) GHz

1.3 Băng thông

Băng thông là hiệu giữa tần số lớn nhất và tần số nhỏ nhất của tín hiệu. Đó là

khoảng tần số mà phổ tín hiệu chiếm giữ hoặc là khoảng tần số tín hiệu được truyền từ

máy phát đến máy thu. Khi tín hiệu ban đầu được điều chế l ên sóng mang cao tần, phổ

của tín hiệu cao tần đã điều chế chiếm giữ một băng thông quanh tần số sóng mang.

Tuỳ theo kiểu điều chế mà băng thông cao tần có độ rộng khác nhau. Các kỹ thuật viễn

thông hướng đến việc giảm băng thông tín hiệu truyền, giảm nhiễu, tiết kiệm phổ tần

số.

1.4 Các ứng dụng kỹ thuật thông tin điện tử

1.4.1 THÔNG TIN MỘT CHIỀU (SIMPLEX)

- Phát thanh quảng bá AM, FM

- Truyền hình quảng bá

- Truyền hình cáp

- Nhắn tin

- Đo xa, điều khiển xa

Thuviendientu.org



6

- Định vị toàn cầu GPS...

1.4.2 THÔNG TIN HAI CHIỀU (DUPLEX)

- Điện thoại công cộng- Điện thoại vô tuyến di động hoặc cố định

- Điện thoại di động tế bào

- Thông tin của các trạm mặt đất thông qua vệ tinh

- Thông tin hàng không, thông tin vi ba số

- Thông tin số liệu giữa các máy vi tính...

1.5 Một số khái niệm cơ bản về cao tần

1.5.1 BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO TẦNĐể có được công suất lớn ở tần số cao, BJT công suất cao tần được chế tạo bằng

công nghệ đặc biệt, nhiều tiếp giáp Emitter nhằm tăng chu vi dẫn dòng điện cao tần,

giảm điện trở cực Base và các điện dung kí sinh.

Số tiếp giáp Emitter có thể vài chục, vài trăm hoặc hơn nữa.

C

E

BBase

Emitter

Điện trở cân bằn

Hình 1.4 Cấu trúc BJT công

r b’

C b’c

C b’e

r b’e =

E

B

Hình 1.5 M ch tươn đươn n õ vào BJT côn

Thuviendientu.org



7

Bản chất BJT là luôn luôn tồn tại các điện dung mối nối ( cecbebC C C ,, ,, ) ảnh hưởng

đến hệ số khuếch đại ở tần số cao, làm giới hạn tần số hoạt động của BJT.

Thông thường, kiểu khuếch đại cao tần mắc E chung cho công suất ra lớn. Tuy

nhiên ở tần số cao, hồi tiếp âm điện áp quacb

C , tăng, làm giảm hệ số khuếch đại. Tụ

này tác động như tụ Miller tương đương có giá trị lớn ở ngõ vào: )1(, V cb Miller AC C

trong đó AV là hệ số khuếch đại điện áp của mạch. Từ đó, tạo ra tụ tương đương ở ngõ

vào của BJT công suất cao tần như hình 1.6, có giá tr ịeb Miller in

C C C ,

Do đó, trở kháng vào của BJT (ZiQ), Av, hệ số khuếch đại dòng Ai, hệ số khuếch đại

công suất A p, đều giảm khi tần số tăng. BJT thể hiện quán tính, đáp ứng vào - ra

không tức thời. Giữa dòng I c và I b có sự dịch pha, biên độ dòng ra I c giảm.

Mắc B chung là giải pháp tối ưu của khuếch đại công suất cao tần, tuy hệ số

khuếch đại công suất của nó nhỏ hơn so với sơ đồ mắc E chung nhưng phạm vi tần số

hoạt động cao hơn, băng thông đều và r ộng hơn.

Hình 1.6 Tụ tươn đươn n õ vào BJT côn

C Mill C b’e

E

B

C

C in

Thuviendientu.org



8

JFET và MOSFET có cấu trúc bán dẫn khác BJT, chúng có trở kháng vào lớn, điện

dung tiếp giáp Cgs nhỏ, hoạt động tốt ở tần số cao với công suất lớn ổn định hơn BJT.

JFET và MOSFET công suất cao tần đang được dùng r ất nhiều trong các hệ thốngthông tin hiện đại như trạm gốc BTS của điện thoại di động tế bào, phát thanh, truyền

hình, vi ba, SSPA ( Solid State Power Amp), thông tin vệ tinh...

1.5.2 TRUYỀN CÔNG SUẤT LỚN NHẤT

Công suất tr ên tải: L RL RL

R I I V P .. 2

L

S LS

RL R X X R R

E P

2

22 )()(

.

22

2

)()(.

X X R R

R E P

S LS

L

RL

X S , X là phần kháng của nội trở nguồn và tải.

Khi X S =-X thì công suất tr ên tải là2

2

)(

.

LS

L

RL R R

R E P

Khảo sát sự biến thiên P RL theo R L bằng cách lấy đạo hàm, cho bằng zero.

RS RL

X S X

ZS

V RL

a)

X L = -

X L = X S =

1 2,

E =

1V

PRL

RL/RS

b)

Hình 1.7 a/ Nguồn cung cấp công suất

cho tải Z

E

Thuviendientu.org



9

0)(

]2).[(2

2'

LS

L LS

RL R R

R R R E P

Suy ra RS =R L. Khi đó công suất tr ên tải là cực đại:

S L

RL R

E

R

E P

44

22

max

Đồ thị biến thiên P RL theo R L cho ở hình 1.7b.

Vậy trở kháng nguồn bằng trở kháng tải RS + jX S = R L - jX hay RS = R L và X S =-X

Ta nói có sự truyền công suất lớn nhất ra tải.

Nếu yêu cầu truyền công suất lớn nhất trong cả một dải tần số th ì giá tr ị thích hợp

cho phối hợp trở kháng không phản xạ là Z L = Z S hay RS + jX S = R L + jX.

Tuy nhiên hiệu suất sẽ nhỏ hơn so với một tần số. Vấn đề này liên qua đến sự lựa

chọn truyền tín hiệu tr ên dây truyền sóng.

1.5.3 MẠCH ĐIỀU HƯỞNG SONG SONG VÀ NỐI TIẾP (PARALLEL AND

SERIAL TUNED CIRCUIT)

Mạch điều hưởng song song:

Cho mạch L, C song song, trong đó r - điện trở tổn hao của cuộn dây. Trở kháng

tương đương của mạch điều hưởng:

)(

))((

C L

C L

eq X X jr

jX jX r Z

X L= L : Cảm kháng cuộn dây.

C X c

1 : dung kháng của tụ điện.

CL

r

Hình 1.8 Mạchđi u

0

Zeq

20 30

Req(0

Hình 1.9 Đáp tuyến

Thuviendientu.org



10

Thông thường r << X L nên:

)( C L

C L

mch X X jr

X X eq Z

.

Tại tần số cộng hưởng = 0= LC

1có

C

L

C L X X C L

00

1

- tr ở kháng đặc tính. Thay thế vào biểu thức tính trở kháng:

)(

0

2

)(oo

C L

omch

eq RC

Q LQQ

r r

X X eq Z

C Lmch X

q

X

q

r Q

)(Re)(Re 00 .

Q là hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng song song.

Băng thôngQ

fo B ; 0=2 fo.

Tại tần số cộng hưởng = o, tr ở kháng của mạch cộng hưởng song song coi như

thuần trở có Req( o ) lớn. Tại tần số lệch cộng hưởng =n o (n = 2,3,..), tr ở kháng

Zeq(n o ) coi như thuần kháng rất nhỏ Zeq(n o )=-j n/(n2+1)<< Req( o ).

Đáp tuyến của Req( o ) có dạng như hình 1.9

Ví d ụ: ở hình 1.8 có C = 10pF; Q = 200; fo = 10MHz. Tính Req( o) và r.

Giải:

k C

Qeq R

oo

31810.10.10.14.3.2

200127

)(

96,7200

10.318)(Re2

3

20

Q

qr

1. Ghép một phần điện cảm mạch cộng hưởng:

LL2

L1

C Req

Ze

a

b

Hình 1.10 Ghép một phần

Thuviendientu.org



11

2

12

02

10 .

L

L

r

L

r

L Z e

; )(Re)(Re.0 00

2 qq P Z e ;

P = L1 /L : hệ số ghép vào khung cộng hưởng.

L = L1+L2

2. Ghép một phần điện dung mạch cộng hưởng:

)(Re..

11

02

2

1

2

0

2

10

q P

C

C

r

C

r

C Z e

121

21 ;.

C

C P

C C

C C C

: hệ số ghép.

)(Re0 0 q Ze

Các biến thể cách ghép mạch điều hưởng:

Mạch điều hưởng điện tử: thay thế tụ C trong mạch điều hưởng song bởi varicap.

C2

C1

La

b

Req

Ze

Hình 1.11 Ghép một phần

Hình 1.12 a/ Ghép một phần điện dung ngỏ vào,đi n cảm n ỏ ra

C2

C1

La

b

Ze2Ze1

L2

L1

c

d

L2

L3

L1

C

Ze2

Ze1

a

b

c

da)

b)

V

CV

L

C1

CV

R+VT

a) b) c)

Hình 1.13 a/ Kí hiệu Varicap. b/

Thuviendientu.org



12

Mạch điều hưởng song song và các biến thể dùng làm mạch tiền chọn lọc ngỏ vào máy

thu, tải chọn lọc cao tần, bộ chọn lọc trung tần, dao động, phối hợp trở kháng v.v..

Mạch điều hưởng nối tiếp:

Tr ở kháng tương đương Z eq = r+jx = r+j( L-1/ C)

Tổng trở: 22 xr Z eq

Góc pha: (Z eq ) = arctg(x/r)

Tại tần số cộng hưởng nối tiếp 0 có 0 L = 1/( 0C) nên Z eq( 0 ) = r. Mạch điều hưởng

nối tiếp thường được dùng làm mạch lọc.

1.5.4. MẠCH PHỐI HỢP TR Ở KHÁNG

Xét mạch phối hợp trở kháng coa tần hình 1.14

Một trong những vấn đề quan trọng của máy phát, máy thu là phối hợp trở kháng

có chọn lọc tần số giữa các tầng, đặc biệt giữa tầng công suất ra cao tần với anten phát

hay giữa anten thu với ngõ vào máy thu để truyền công suất tín hiệu lớn nhất và loại

nhiễu. Các mạch phối hợp trở kháng có dạng LC, biến áp hay tổ hợp giữa chúng.

Với trường hợp a, Zi = ZL có công suất tr ên tải cực đại.

E

Zi

ZL =

Nguồn

E

Zi

ZL

Nguồn

Mạch phối

ZL

a) b)

Hình 1.14 Nguồn phối hợp trở kháng tảia/ lý tưởng Zi = ZL thuần trở

Thuviendientu.org



13

ở tần số cao (RF) ít khi Z i và ZL là thuần trở mà bao giờ cũng có phần kháng nào đó. ở

trường hợp tổng quát Zi ZL hình b/ cần có mạch phối hợp trở kháng để truyền công

suất tín hiệu lớn nhất ra tải. Ví dụ như cần truyền công suất máy phát cao tần ra tải l àanten phát. Dạng phối hợp trở kháng đơn giản nhất hình gồm có cuộn cảm L và tụ

điện C với các cấu hình khác nhau:

Biến áp là một trong những thành phần phối hợp trở kháng thích hợp nhất. Biến áp lõi

sắt dùng ở tần số thấp, dễ dàng biến đổi trở kháng theo yêu cầu – tuỳ vào tỉ số vòng

dây cuộn sơ cấp và thứ cấp.

2

s

p

L

i

n

n

Z

Z hay

L

i

s

p

Z

Z

n

n ; n p , n s số vòng cuận dây sơ cấp và thứ cấp.

Biến áp lõi không khí dùng ở tần số cao có hiệu suất thấp hơn biến áp lõi sắt tần

số thấp. Một lõi sắt từ đặc biệt hình xuyến được chế tạo làm biến áp phối hợp trở

E

Zi

C

Nguồn

ZL

L

E

Zi

C

Nguồn

ZL

L

a) b)

E

Zi=Ri C

Nguồn

Z L = R L

L

c)

E

C

Nguồn

L

Z L

= R L

Zi=Ri

d)

Hình 1.15 Bốn kiểu mạch phối hợp trở

Thuviendientu.org



14

kháng ở tần số cao. Kiểu biến áp tự ngẫu lõi xuyến cũng được dùng để phối hợp trở

kháng giữa các tầng.

Tương tự như biến áp lõi không khí, biến áp lõi Ferrite buộc từ trường tạo bởi

cuộn sơ cấp tập trung vào lõi, nhờ đó có một số ưu điểm quan trọng sau:Thứ nhất là lõi Ferrite không bức xạ năng lượng cao tần do đó không cần bọc

giáp, trong khi ở lõi không khí thì ngược lại vì không tập trung được từ trường. Phần

mạch máy thu, máy phát dùng lõi không khí phải bọc kim tránh giao thoa tín hiệu với

phần mạch khác.

Thứ hai là hầu hết từ trường tạo bởi cuộn sơ cấp đều cắt qua cuộn thứ cấp nên tỷ

số vòng dây cuộn sơ cấp - thứ cấp, tỷ số điện áp vào - ra hay tỷ số trở kháng tương tự

như ở biến áp tần số thấp.

Trong nhiều thiết kế mạch tạo cao tần mới, biến áp lõi xuyến được dùng phối hợp

tr ở kháng giữa các tầng. Đôi khi cuộn sơ và thứ cấp của loại biến áp này được dùng

làm điện cảm của mạch điều hưởng.

Cuộn cảm lõi xuyến dùng ở RF có ưu điểm hơn lõi không khí vì độ từ thẩm cao

của lỗi dẫn đến điện cảm lớn, đặc biệt khi đưa thêm lõi sắt vào thì điện cảm tăng lọt.

Với ứng dụng trong cao tần, điều đó có nghĩa là giá tr ị điện cảm sẽ tăng nếu thêm

một số ít vòng dây mà kích thước cuộn cảm vẫn nhỏ. Vài vòng dây có điện tr ở nhỏ tức

là hệ số phẩm chất Q của cuộn dây lớn hơn so với lõi không khí.

Cuộn dây lõi xuyến từ thực sự thay thế cuộn dây lõi không khí trong các máy

phát hiện đại. ứng dụng nhiều nhất của nó là giảm thiểu số vòng dây mà vẫn có giá trị

np ns RL

Zi

npns

RL

Zi

a/ giảm trở a/ nâng trở

Hình 1.16 Phối hợp trở kháng dùng

Thuviendientu.org



15

điện cảm lớn. Biến áp lõi xuyến từ có thể đấu nối cho phép phối hợp trở kháng dải

r ộng ở cao tần.

Dấu chấm chỉ pha của vòng dây, tỷ số vòng dây biến áp 1:1 cũng là tỷ số phốihợp trở kháng.

Nhiều biến áp balun khác có tỷ số biến đổi trở kháng 9:1; 16:1 có được bằng cách

mắc nối tiếp biến áp balun có tỷ số biến đổi lớn. Điều chú ý các v òng dây không được

gây nên cộng hưởng ở tần số làm việc dải rộng.

Biến áp balun dải rộng hữu ích cho thiết kế khuếch đại công suất cao tần dải rộng,

không cần phải điều chỉnh phức tạp phần công suất cao tần, tuy nhiên lọc hài bậc cao

không được tốt. Một giải pháp khắc phục là thiết kế phần mức công suất nhỏ dùng

mạch điều hưởng loại hài bậc cao, tầng công suất ra cao tần, dải rộng. Bộ khuếch đại

công suất ra cao tần có thể hoạt động ở chế độ A, B, C và D (chế độ đóng mở).

+V

1:4

RA

RFC

RFin16:1

1:Zi

Z

L = R L 1:1

Z L = R L

Hình 1.17 Biến áp Balun kết nối

a/ Nguồn đối xứng, tải b/ Nguồn bất đối xứng,

1:1Zi

ZL =

1:1

ZL =

Zi

b/ Giảm trở kháng từ Zi

Hình 1.18 Biến áp Balun phối hợp tăng và

a/ Tăng trở kháng từ Zi

Thuviendientu.org



16

Trong nhiều trường hợp, Anten nằm tr ên cột cao áp cách xa máy phát, máy thu.

Ví dụ Anten thu TV, anten máy phát thanh - phát hình, anten viba v.v. Dây truyền sóng

nối giữa anten phát với ngõ ra máy phát hoặc ngõ vào máy thu với anten thu có trở

kháng bằng nhau có công suất lớn nhất. Có hai loại dây truyền sóng cơ bản:1. Dây cân bằng (balanced line) gồm 2 dây dẫn song song cách điện và cách

nhau một khoảng xác định còn gọi là dây song hành. Dòng cao tần chảy tr ên

mỗi dây như nhau so với đất nhưng ngược chiều nhau, không dây nào nối

đất.

2. Dây bất cân bằng (unbalanced line) gồm 1 dây dẫn tín hiệu cách điện với 1

dây bọc nối đất, còn gọi là cable đồng trục.

Ví dụ: dây song hành TV có tr ở kháng 300, được nối với anten thu có trở

kháng 300. Cáp đồng trục 50 nối giữa ngỏ ra máy phát với anten phát bất đối xứng

có tr ở kháng 50.

Thông số cáp đồng trục:

Cable Tr ở

kháng

Suy hao dB/100m

100MHz 200MHz 400MHz 600MHz 800MHz 1GHz

3CV2 75 19,5

5C2V 75 12,5

RG58V 50 12,3 17,8 26,1 30,1 34,7 43,3

Thuviendientu.org



17

RG58CV 50 15,8 23,5 34,8 38,7 44,6 57,7

RG59V 75 10,4 15,6 23,4 25,4 29,4 38,2

RG59B/V 75 10,7 16 23,6 26,2 30,2 38,6PN150A 75 4,2 6,2 8,8 10,8 12,4 13,9

Thuviendientu.org



18

CHƯƠNG 2

Máy phát

2.1 Định nghĩa và phân loại

Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu và môi trường truyền

sóng như hình 2.1. Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng

sóng điện từ được biểu diễn dưới một hình thức nào đó.

Sóng điện từ gọi là sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin

cần phát tới điểm thu. Thông tin này được gắn với tải tin theo một hình thức

điều chế thích hợp. Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số

tín hiệu tr ên nhiễu đủ lớn cho máy thu. Máy phát phải sử dụng sự điều chế

chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi, không bị biến dạng quá mức.

Ngoài ra, các tần số hoạt động của máy phát được chọn căn cứ vào các kênh

và vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế (ITV). Các tần

số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao. Do đó, chỉ tiêu k ỹ thuật

của máy phát là: Công suất ra, tần số làm việc, độ ổn định tần số, dải tần số

điều chế. Có nhiều cách phân loại máy phát

Máyphát

Máythu

Môi

trường

Hình 2.1 Sơ đ kh i t n uát của hệ

Thuviendientu.org



19

2.1.1 THEO CÔNG DỤNG

2.1.2 THEO TẦN SỐ

+ Phát thanh:

+ 3KHz 30KHz (100Km 10Km): đài phát sóng cực dài VLW

+ 30KHz 300KHz (10Km 1Km): đài phát sóng dài LW

+ 300KHz3000KHz (1Km 100m): đài phát sóng trung MW

+ 3MHz 30MHz (100m 10m): đài phát sóng ngắn SW

+ Phát hình:

+ 30MHz 300MHz (10m 1m): đài phát sóng mét

+ 300MHz 3000MHz (1m 0,1m): đài phát sóng dm

+ Thông tin Vi ba và Rađa:

+ 3GHz 30GHz (0,1m 0,01m): đài phát sóng cm

+ 30GHz 300GHz (0,01m 0,001m): đài phát sóng mm

2.1.3 THEO PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ+ Máy phát điều biên (AM)

+ Máy phát đơn biên (SSB)

+ Máy phát điều tần (FM) và máy phát điều tần âm thanh nổi (FM Stereo)

+ Máy phát điều xung (PM)

PhátThông

PhátChg

Phátứng

Máy

Rađa

Pháthình

Đokh

Phátthan

Cốđ nh

Diđộng

Hình 2.2 Phân loại máy phát theo

Thuviendientu.org



20

+ Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM

+ Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK

+ Máy phát khoá dịch tần FSK...2.1.4 THEO CÔNG SUẤT

+ Máy phát công suất nhỏ Pra <100W

+ Máy phát công suất trung bình 100W < Pra < 10KW

+ Máy phát công suất lớn 10KW < Pra < 1000KW

+ Máy phát công suất cực lớn Pra > 1000KW

Ngày nay, trong các máy phát công suất nhỏ và trung bình người ta có thể sửdụng hoàn toàn bằng BJT, FET, MOSFET công suất, còn trong các máy phát có

công suất lớn và cực lớn người ta thường sử dụng các loại đèn điện tử đặc biệt.

2.2Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát

2.2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MÁY PHÁT ĐIỀU BIÊN (AM)

TiềnK Đ

K ĐCSÂT K ĐCSCT Mạchra

TBị antoàn

Khốichủ

TiềnK Đ

NguồnCung

Hình 2.3 Sơ đ kh i t n uát của má

Thuviendientu.org



21

+ Tiền khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vào đến mức

cần thiết để đưa vào tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT). V ì đối với

máy phát AM thì biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (mlớn) nên tầng này thường có tầng khuếch đại micro và khuếch đại điện áp mức

cao.

+ Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đến

mức đủ lớn để tiến hành điều chế tín hiệu cao tần.

+ Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang)

có biên độ và tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng. Muốn vậy, ta có thểdùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC)

+ Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể được dùng để nhân tần số hoặc

khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất

làm việc. Nó còn có nhiệm vụ đệm, làm giảm ảnh hưởng của các tầng sau đến độ

ổn định tần số của khối chủ sóng. Vì vậy, nó có thể có nhiều tầng: tầng đệm,

tầng nhân tần và tầng tiền khuếch đại công suất cao tần (TKĐCSCT)

+ Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo ra công suất

cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát. Công suất ra yêu cầu càng lớn

thì số tầng khuếch đại trong khối KĐCSCT càng nhiều.

+ Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng và anten để có

công suất ra tối ưu.

+ Anten để bức xạ năng lượng cao tần của máy phát thành sóng điện từ truyền đi

trong không gian.+ Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor hoặc

đèn điện tử công suẩt.

+ Ngoài ra, máy phát phải có thiết bị an toàn và thiết bị làm nguội.

2.2.2 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MÁY PHÁT ĐƠN BIÊN (SSB)

Thiế

t bị

Bộ

điều Bộ

đổ

K Đạ

idđộn

Bộlọ

HTDDtầng B

ộlọ

Thuviendientu.org



22

Ngoài các yêu cầu kỹ thuật chung của máy phát, máy phát đơn biên (SSB)

còn phải có thêm một số chỉ tiêu k ỹ thuật sau đây:- Mức méo phi tuyến - 35 dB

- Bề rộng mỗi k ênh thoại và tổng số k ênh thoại

- Tần số làm việc: 1MHz - 30 MHz

Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng

so với máy phát điều biên (AM). Ở đây các bộ điều biên cân bằng và bộ lọc dải

hẹp được sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nhưng công suất bị hạn chế chỉvài mW. Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung và sóng ngắn) thì không

thể thực hiện được bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sườn dốc

đứng..) vì vậy sẽ xuất hiện nhiễu xuyên tâm giữa các k ênh, làm giảm tỷ số tín

hiệu tr ên nhiễu. Vì vậy, đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản

để tạo đơn biên ở khoảng tần số trung gian: ( 1 f =100KHz-500KHz). Do đó, sơ

đồ cấu trúc của máy đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung

gian (100-500)KHz sau đó nhờ một vài bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số

làm việc ( 1 f =1MHz-30MHz) r ồi nhờ bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại

đến một công suất cần thiết.

+ Thiết bị đầu vào: thường làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần nếu tín hiệu

này còn bé hoặc hạn chế tín hiệu âm tần nếu tín hiệu này quá lớn.

+ Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): trong các máy phát công suất lớn BĐCĐB

thường được xây dựng theo phương pháp lọc tổng hợp. Trong các máy phát

công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể sử dụng bộ điều

chế đơn biên theo phương pháp lọc - quay pha. Khi đó việc điều chế tín hiệu đơn

biên có thể được thực hiện ngay ở tần số làm việc nên không cần có bộ đổi tần

và bộ lọc 1.

Thuviendientu.org



23

+ Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên: là thiết bị chất lượng cao và phức

tạp. Nó phải bảo đảm tần số sóng mang gốc ( 1 f ) và các tần số khác ( 2 f ...) có độ

ổn định tần số rất cao ( 97 1010 f

f ). Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo các

tần số gốc

+ Bộ đổi tần: thực chất là bộ khuếch đại cộng hưởng để lấy thành phần hài

12 nf f . Chính nhờ bộ đổi tần mà độ ổn định tần số của máy phát tăng lên.

+ Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc các sản phẩm của quá tr ình đổi tần.

+ Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vào công suất ra mà

có số tầng từ 2 đến 4. Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu là khuếch đại

dải rộng không điều hưởng. Còn các tầng sau là các bộ khuếch đại cộng hưởng.

+ Hệ thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hài và cũng để

phối hợp trở kháng. Trong các máy phát đơn biên bộ lọc đầu ra thường là một

hay hai bộ lọc hình ghép với nhau và giữa chúng thường có phần tử điều

chỉnh độ ghép để nhận được tải tốt nhất của máy phát. Tầng KĐDĐĐC đơn sử

dụng đơn giản hơn so với tầng đẩy kéo. Song sử dụng tầng đơn thì gặp khó khăn

là không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng. Đối với máy phát

công suất ra Pra = (20 - 40)Kw người ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi Ferrite.

Còn đối với máy phát công suất ra Pra = 100Kw người ta dùng biến áp đối xứng

không có lõi.

+ Bộ lọc 2: dùng để triệt các thành phần cao tần xuất hiện trong dải tần số truyền

hình, nên còn gọi là bộ lọc tín hiệu truyền hình. Đối với máy thu đơn biên ta phảiđổi tín hiệu đơn biên thành điều biên để thực hiện tách sóng trung thực. Muốn

vậy phải phục hồi sóng mang, điều này yêu cầu vòng khoá pha PLL. Do đó, ở

máy phát không triệt tiêu hoàn toàn tần số sóng mang mà giữ lại sóng mang có

biên độ bằng (5-20)%. Tần số này còn được gọi là tần số lái, được phát cùng tín

Thuviendientu.org



24

hiệu đơn biên. Nhờ đó máy thu đơn biên có thể khôi phục tín hiệu một cách

chính xác nhờ hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC

2.2.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT AM ĐA K ÊNH GHÉP KÊNH FDM

Hình 2.5 Sơ đồ khối của máy phát đa kênh

Tầng

Dđộgsóg mg

Điều Bộ

TầngK.

Dđộgsóg mg

Điều Bộ

Tầng

Dđộgsóg mg

Điều Bộ

Mạchghéptạotín

hiệutổnghợp

Kênh

Kênh

Kênh

.

.

..

Điềuchế

K ĐCSCT Mạchra

TBị antoàn

D Đ sgmg

NguồnCung

Thuviendientu.org



25

2.2.4 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MÁY PHÁT ĐIỀU TẦN FM

Tầng điện kháng: sử dụng các phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm

tần thành điện kháng thay đổi (dung kháng hoặc cảm kháng biến thiên) để thực

hiện việc điều chế FM. Phần tử điện kháng có thể là Transistor điện kháng, đèn

điện kháng hoặc Varicap (điện dung biến đổi theo điện áp đặt vào Varicap).

2.2.5 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MÁY PHÁT FM CHẤT LƯỢNG

CAO

2.3Các mạch ghép trong máy phát

Mạch ghép để ghép giữa các tầng và ghép giữa tầng ra của máy phát với

anten. Yêu cầu chung đối với mạch ghép:

TiềnK Đ

T ĐKhán+ ĐC

Nhântần

K ĐCSCT+m ch

TBị antoàn

Khốichủ

NguồnCung

Hình 2.6 Sơ đ kh i t n uát của má

TiềnK Đ

T ĐKhán+ ĐC

Nhânt n

K ĐCSCT+m ch

K. đạitrug

Táchsg +

Hình 2.7 Sơ đ kh i t n uát của má hát

Trộnsóng

Nhântần

Daođộng

fIF= 10MHz FRF= 100MHz

1MHz

1MHz

100MHz

99MHz

Thuviendientu.org



26

1. PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG

Đối với mạch ghép giữa các tầng: yêu cầu là tr ở kháng vào của tầng kế tiếp

phản ảnh về cùng với trở kháng ra của bộ cộng hưởng tầng trước đó tạo thànhtr ở kháng sóng tối ưu, đảm bảo công suất ra và hiệu suất của tầng này là lớnnhất.

Đối với mạch công suất: việc phối hợp trở kháng giữa tầng ra của bộkhuếch đại công suất cao tần và anten nhằm đạt được công suất ra lớn nhất.2. ĐẢM BẢO BĂNG THÔNG (B)

Mạch lọc đầu ra phải đảm bảo sao cho ngoài biên biên độ không giảm quá

3dB. Mặt khác dải thông tỉ lệ nghịch với hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng

( Q

f B o ). Vì vậy để đảm bảo dải thông và hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều bộ

lọc ghép với nhau.

3. ĐẢM BẢO HỆ SỐ LỌC HÀI CAO

Đối với những máy phát có công suất lớn, yêu cầu các thành phần hài r ất

nhỏ. Do đó, mạch ghép phải bảo đảm độ suy giảm đạt yêu cầu ở những tần số

hài không mong muốn.

4. ĐIỀU CHỈNH MẠCH GHÉPTrong một dải tần rộng và thay đổi độ ghép vớ i tải để có tải tối ưu.

Nói chung không thể đồng thời thoả mãn các yêu cầu tr ên mà tuỳ từng

trường hợp cụ thể để xét yêu cầu nào là quan tr ọng, yêu cầu nào nào là thứ yếu.

Ví dụ

+ Đối với tầng tiền khuếch đại, yêu cầu phối hợp trở kháng là chính, không yêu

cầu độ chọn lọc cao, không cần hiệu suất cao nên chỉ cần dùng mạch cộnghưởng đơn.

+ Đối với tầng ra, yêu cầu hiệu suất cao, độ lọc hài cao nên dùng mạch cộng

hưởng phức tạp.

2.3.1 TINH CHỈNH ANTEN

Thuviendientu.org



27

Đối với tầng trước cuối thì điện trở tải chính là điện tr ở vào của tầng kế

tiếp sau. Còn đối với tầng cuối thì điện trở tải chính là điện trở của phiđơ. Thực

chất phiđơ có thể là thuần trở Ar , dung kháng A A jX r , hoặc cảm kháng A A jX r . Nhưng chỉ khi anten thuần trở thì công suất ra anten mới lớn nhất. Muốn vậy,

phải chỉnh anten cộng hưởng ở tần số làm việc bằng bộ phận tinh chỉnh. Nếu là

A A jX r thì chỉnh c L và nếu là A A jX r thì chỉnh bằng C C như hình 2.8. Hình

minh họa tinh chỉnh của anten

2.3.2 GHÉP BIẾN ÁP (GHÉP HỖ CẢM)

Mạch ghép biến áp là một trong những mạch ghép được sử dụng phổ biến

trong máy phát

Hình 2.8 Sử dụng cuộn cảm và tụ để tinh

Thuviendientu.org



28

Từ mạch ghép biến áp ở trên, ta đưa về sơ đồ tương đương bên sơ cấp như h ình2.10:

Trong đó, điện trở phản ảnh được xác định như biểu thức:

L

gh

L

fa R

X

R

M r

22)(

(2.1)

Với: R L là điện trở tải

+ M : Hổ cảm 21 L Lk M (2.2)

+ L1 , L2 : Tr ị số điện cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

+ k : Hệ số ghép phụ thuộc kết cấu của cuộn dây:

- Nếu Sóng ngắn : k = 0,01 0,1 (ghép r ất lỏng).

Sóng trung : k = 0,5 0,9 (cuộn dây có lõi từ tính, ghép rất chặt).

* Điện trở cộng hưởng riêng của mạch sơ cấp:

Hình 2.10 Sơ đồ tương tương của mạch

C

L1

r

r fa

Thuviendientu.org



29

r rC

L R

K

21

vớiC

L1

(2.3)* Điện trở cộng hưởng của mạch khi có tải:

fa

td r r

R

2

1

(2.4)

* Hiệu suất của mạch ghép biến áp được biểu diễn bởi biểu thức:

1 P

P L

BA

(2.5)

Trong đó : P L : là công suất hữu ích tr ên tải.

P 1 : Công suất tr ên cuộn sơ cấp.

fa fa

fa

fa K

fa K L

BAr r

r

r r

r r r

r r I

r I

P

P

1

)(2

12

1

2

2

1

(2.6)

Từ biểu thức (2.6) ta nhận thấy để hiệu suất biến áp cao )95,09,0( BA

thì

r r fa

)2010( . Mà muốn far lớn thì từ (2.1) ta thấy R L phải nhỏ và biến áp phải

ghép chặt để có hỗ cảm M lớn. Thường điện trở tải cho trước và không đổi, nên

để tăng fa

r ta phải tăng M. Biểu thức (2.6) có thể được viết lại dưới dạng:

K

td

td

K L BA

R

R

R /

R /

P

P 11

21

21

1

(2.7)

Với : R K , Rtđ là điện trở tương đương của mạch cộng hưởng khi L

R và 0 L

R

Như vậy; để hiệu suất biến áp cao thì R K phải lớn, mà: 1 o K Q R ;

Thuviendientu.org



30

Với Qo: hệ số phẩm chất của riêng khung cộng hưởng , nên Qo phải lớn

(Qo = 50 - 200). Mặc khác ta thay đổi độ ghép hỗ cảm M sao cho Rtđ = Rtđtớihạn

để có hiệu suất cao nhất.

2.3.3 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MỘT MẠCH GHÉP BIẾN ÁP

Khi thiết kế ta thường được biết trước các điều kiện: P L , tần số góc và chọn

Q1 tùy theo tần số. Ta sẽ tiến hành một số bước tính toán như sau:

1. Biết P L, chọn )95,09,0( BA

tùy theo công suất yêu cầu theo bảng dưới đây:

Công suất ra Hiệu suất

PL < 1W 0,7 0,8

1W PL < 10W 0,75 0,85

10W PL < 100W 0,84 0,93

100W PL < 1KW 0,92 0,96

1KW PL < 10KW 0,95 0,98

PL 10KW 0,97

2. Xác định BA

L P

P

1

3. Chọn V cm = (0,8 - 0,9) V cc

4. Điện trở cộng hưởng khi có tải1

2

2 P V R cm

td

5. Chọn hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng sơ cấp khi đã có tải:

Q1 = (10 50)

Thuviendientu.org



31

6. Tính tr ở kháng đặc tính của mạch sơ cấp1

1Q

R

Q

R td

o

K

7. Xác định L1 , C' :

11 L và

1

1

1'

KS C C C

C KS = C CE của Transistor ; nếu C 1 10 C CE thì C' C 1

8. Hệ số phẩm chất riêng của khung cộng hưởng sơ cấp:

1

K

o

RQ trong đó:

BA

td

K

R R

1

9. Tính điện trở tổn hao của cuộn sơ cấp khi không và có tải:

oQ

r 1 và

1

1

Qr r fa

suy ra

hoặc K R

r 21

vàtd

fa R

r r 21

10. Tính hỗ cảm :

L fa Rr M .1

11. Tính giá tr ị cuộn cảm bên thứ cấp :

12

2

2 Lk

M L

Thuviendientu.org



32

CHƯƠNG 3 Máy thu3.1 Định nghĩa và đặc điểm của máy thu3.1.1 Định nghĩa

Máy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện. Máy thucó nhiệm vụ tiếp nhận và lặp lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy

phát dướ i dạng sóng điện từ trường. Máy thu phải loại bỏ được các loại nhiễukhông mong muốn, khuếch đại tín hiệu và sau đó giải điều chế nó để nhận đượcthông tin ban đầu. Máy thu có rất nhiều tham số, nhưng chúng ta chủ yếu chỉ xétcác chỉ tiêu k ỹ thuật cơ bản của máy thu như sau:

3.1.2 Đặc điểm máy thu3.1.2.1 Độ nhạy

Biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu, được xác định bằng sứcđiện động cảm ứng tối thiểu của tín hiệu tại anten để bảo đảm cho máy thu làmviệc bình thường. Nó thường được đo bằng microvolt. Điều kiện làm việc bìnhthường của máy thu là:- Đảm bảo công suất ra danh định- Đảm bảo tỉ số tín hiệu tr ên nhiễu (S/N)Muốn nâng cao độ nhạy của máy thu thì hệ số khuếch đại của nó phải lớn và

mức tạp âm nội bộ của nó phải thấp (giảm tạp âm của tầng đầu).Ở siêu cao tần (f>30MHz) độ nhạy của máy thu thường được xác định bằngcông suất chứ không phải bằng sức điện động cảm ứng tr ên anten.3.1.2.2 Độ chọn lọc

là khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải là tín hiệu cần thu. Nghĩa làđộ chọn lọc là khả năng lựa chọn tín hiệu ra khỏi các loại nhiễu tồn tại ở đầu vào

máy thu. Độ chọn lọc được ký hiệu: 10 f

e A

AS

+ Ao: là hệ số khuếch đại tại tần số f 0 + Af : là hệ số khuếch đại tại tần số f

Độ chọn lọc thường được tính bằng đơn vị dB eedB Slog20S Đặc tuyến chọn lọc lý tưởng của máy thu có dạng chữ nhật, nghĩa là trong

dải thông B biên độ tín hiệu không đổi.3.1.2.3 Chất lượng lặp lại tin tức

Được đánh giá bằng độ méo của tín hiệu (méo phi tuyến, méo tần số, méo pha), chủ yếu là xét độ méo ở tầng khuếch đại công suất âm tần để cho tín hiệura loa không bị biến dạng so với tín hiệu đưa tới bộ điều chế của máy phát.

Thuviendientu.org



33

Ngoài ra ta còn phải xét đến các chỉ tiêu khác của máy thu như công suất ra, dảitần số công tác, tính ổn định của biên độ và tần số.

Các máy thu được phân loại tương tự như đối với máy phát.

3.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu3.2.1 Máy thu khuếch đại trực tiếp

Việc nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của máy thu này bị hạn chế bởinhững lý dao sau đây:+ Số tầng khuếch đại không thể tăng lên một cách tuỳ ý vì khi số tầng càng tăngthì tính ổn định của bộ khuếch đại cao tần càng giảm ( tụ ký sinh C bc có thể gâyra dao động tự kích). Ngoài ra, khi số tầng càng tăng thì số mạch cộng hưởngcũng tăng làm hệ thống điều chỉnh cộng hưởng phức tạp, cồng kềnh và đắt tiền.+ Tần số cao khó đạt được hệ số khuếch đại lớn.+ Tần số càng cao thì dải thông càng r ộng(B=f o/Q), làm giảm độ chọn lọc củamáy thu. Muốn dải thông hẹp phải dùng mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chấtcao, có khi vượt quá khả năng chế tạo.

+ Do không dùng được các hệ thống cộng hưởng phức tạp nên không có khảnăng đạt đặt tuyến tần số có dạng chữ nhật lý tưởng.

Để khắc phục những nhược điểm trên, người ta chế tạo ra các máy thu đổitần có sơ đồ khối như sau:3.2.2 Máy thu đổi tần

Máy thu đổi tần được biểu diễn như hình 3.3. Tín hiệu cao tần đã được điềuchế (AM, FM, PM) nhận được từ anten, qua mạch vào (bộ lọc băng thông) đểlọc lấy k ênh tín hiệu muốn thu và hạn chế nhiễu, qua bộ khuếch đại cao tần RFđược đưa vào bộ đổi tần để biến thành tín hiệu trung tần, với qui luật điều chế

không đổi. Tần số trung tần được giữ không đổi.

Lọcbăngthôn

Kh Đại

Từante

Giảiđiều

K ĐCSÂm

Thiếtbị

Hình 3.2 Sơ đồ khối đơn giản của máy thu

Trộn

Mạch

Dđộng

Thiết

K ĐCS

Tách

K ĐTT

K ĐCT

Khối đổikênh

Thuviendientu.org



34

Thực chất của bộ đổi tần là thực hiện phép nhân tần số. Nó bao gồm bộ daođộng nội tẩo tần số cao tần hình sine và bộ trộn tần. Bộ trộn là một phần tử phituyến hay một phần tử tuyến tính có tham số thay đổi tuần hoàn. Quá trình tr ộntần sẽ tạo ra tổ hợp các tần số khác nhau, khi m, n càng lớn thì biên độ tín hiệucàng nhỏ, trong thực tế ta chỉ sử dụng tín hiệu tương ứng với m, n nhỏ (m=n=1), tách chúng ra bằng mạch cộng hưởng. So với máy thu khuếch đại trựctiếp thì máy thu đổi tần có những ưu điểm sau đây:+ Có khả năng lựa chọn k ênh thu tuỳ ý bằng các thay đổi tần số dao động nội.

+ Tần số tín hiệu được hạ thấp thành tần số trung tần nên có thể dùng nhiềumạch khuếch đại trung tần để đạt hệ số khuếch đại toàn máy cao, mà vẫn bảođảm tính ổn định cho máy thu. Số tầng trung gian không bị hạn chế (8-10).+ Do trung tần không đổi nên mạch cộng hưởng có kết cấu đơn giản, gọn, giáthành r ẽ và không bị hạn chế trong máy thu. Nó thường là những mạch cộnghưởng đôi để tăng hệ số phẩm chất và tăng dải thông.+ Do tần số trung tần không đổi nên có thể sử dụng những hệ thống cộng hưởng phức tạp (như bộ lọc tập trung) để đạt được đặc tuyến tần số lý tưởng.3.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần AM

Để giữ cho biên độ điện áp ra gần như không đổi dước tác dụng của hiện

tượng pha đinh và nhiều nguyên nhân khác nhau, ta sử dụng mạch tự động điềuchỉnh độ khuếch đại AGC. Khi máy thu AM yêu cầu chất lượng cao, ta sử dụngmạch tự động điều chỉnh tần số AFC.

Trộn

Mạch

Dđộng

Thiết

K ĐCS

TSóng

K ĐTT

K ĐCT

Khối đổikênh

AGC

Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy

Thuviendientu.org



35

3.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đơn biên SSB

Máy thu đơn biên khác với các máy thu khác ở chỗ có nhiều bộ đổi tần đểđưa phổ của tín hiệu tần số cao về miền tần số thấp. Nó gồm có 5 khối chính sauđây:+ Khối tuyến tính bao gồm: mạch vào (MV), khuếch đại cao tần (KĐCT1), đổitần 1 (ĐT1), khuếch đại trung gian 1 (KTG1), và đổi tần 2 (ĐT2). Trong khốinày, tín hiệu được đổi tần 2 lần nhờ trộn với tín hiệu dao động từ bộ dao động1và 2.+ Khối tách sóng bao gồm: Lọc thông dải (LTD), khuếch đại trung gian 2(KTG2), đổi tần 3 (ĐT3) và tách sóng biên độ (TSBĐ).

+ Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AVC) bao gồm: mạch lọc dải hẹp(LDH), khuếch đại trung gian 3 (KTG3) và AVC.+ Khối tự động điều chỉnh tần số (AFC) bao gồm: Dao động 4 (DĐ4), đổi tần 4(ĐT4), đổi tần 5 (ĐT5), hạn chế biên độ (HCBĐ), tách sóng tần số (TSTS), và bộ điều khiển (ĐK).+ Khối khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT).*Hoạt động của mạch:

Tín hiệu cao tần từ anten vào mạch vào, được khuếch đại nhờ mạch KĐCT,qua đổi tần 1 để đổi xuống tần số trung gian nhờ phối hợp với dao động 1, đượckhuếch đại nhờ khuếch đại trung gian 1, qua đổi tần 2 và đến mạch lọc thông dải

hạn chế nhiễu và lọc lấy tín hiệu hữu ích. Sau đó tín hiệu được nâng biên độ nhờ bộ khuếch đại trung gian 2 và được đưa vào bộ đổi tần 3 để trộn với tín hiệu hìnhsine từ bộ dao động 3, có tần số sóng mang phụ f m=38KHz . Tín hiệu ra đượcđưa vào bộ tách sóng biên độ (đơn giản chỉ gồm Điode và R,C) để tạo lại tínhiệu âm tần. Sau đó, tín hiệu âm tần để đưa vào tầng khuếch đại âm tần để đưa raloa.

Đối với máy phát có phát một phần tần số sóng mang phụ 38KHz thì máythu có thêm bộ phận khôi phục tần số sóng mang phụ và mạch tự động điềuchỉnh tần số AFC. Khi đó, tín hiệu trung tần tại điểm A đồng thời được đưa vào

bộ lọc dải hẹp, lọc lấy tần số sóng báo f p=38KHz, khuếch đại nhờ KTG3, rồi đưavào bộ đổi tần 4 để trộn với tần số ổn định f 4 từ bộ dao động 4 (dao động thạchanh). Tín hiệu hiệu f p-f 4 lại được đưa vào bộ đổi tần 4 để trộn với tần số sóngmang phụ f m (từ bộ dao động 3). Ở đầu ra ta nhận được tín hiệu (f p-f 4-f m). Tínhiệu này qua bộ hạn chế biên độ, vào tách sóng tần số, r ồi đưa đến bộ điều khiểncủa hệ thống tự động điều chỉnh tần số f 1. Điện áp đầu ra của bộ điều khiểnVđk =0 khi f p=f m. Khi f p=f m thì Vđk 0, điều khiển cho f 1 thay đổi sao cho nhậnđược f p=f m.

Thuviendientu.org



36

3.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần FM

MV

K ĐC

ĐT3

KTG2

LTD

ĐT2

KTG

ĐT1

TSB

D Đ1

D Đ2

LDH

KTG3

D Đ3

AVC

ĐK

D Đ4

ĐT4

TS

TS ĐT5

HCB

K ĐÂ

Khối tuyếntính

Khối tách

sóng

Khối

K ĐCSÂT

Khối tự động điềuchỉ nh độ khuếchđại

Khối tựđộng điềuchỉ nhtần số AFC

fm=38KHz

fp

fp- f4

fp

f4

fp –f4- fm

Hình 3.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy

f1

VDK

Trộntần

Mạchvào

Thiết bịcuối

K ĐCSâmtần

TáchsóngFM

K ĐTT

K ĐCT

Thuviendientu.org



37

Về cơ bản nó giống sơ đồ khối máy thu AM, trong đó trung tần f tt=10,7GHz và bộ tách sóng là bộ tách sóng tần số. Để tránh hiện tượng điều biên ký

sinh gây méo tín hiệu sau tách sóng, ta đặt bộ hạn chế biên độ ngay trước bộ táchsóng tần số hoặc sử dụng bộ tách sóng tỉ số vì nó có mạch hạn biên. Đối với máythu đổi tần FM, độ ổn định tần số yêu cầu rất cao nên bắt buộc phải có mạchAFC.3.6 Mạch vào của máy thu3.6.1 Đặc điểm chung

Mạch vào là mạch điện nối liền anten với đầu vào của máy thu. Nó có đặcđiểm như sau:

- truyền đạt tín hiệu từ anten vào máy thu

- là phần quan trọng quyết định chất lượng máy thu- Bảo đảm hệ số truyền đạt lớn và đồng đều trong cả dải băng sóng.Ví dụ băng sóng MW: 550KHz-1600KHz, vo=20uv

- Độ chọn lọc tần số, tần số lân cận, tần số trung tần, tần số ảnh phải bảođảm chỉ tiêu đề ra.

- Bảo đảm thu hết băng thông cho từng đài phátMạch vào bao gồm 3 thành phần:

+ Hệ thống cộng hưởng (đơn hoặc kép) có thể điều chỉnh đến tần số cần thu.+ Mạch ghép với nguồn tín hiệu từ anten

+ Mạch ghép với tải của mạch vào (tầng khuếch đại cao tần đầu tiên)Để điều chỉnh cộng hưởng mạch vào, người ta thường sử dụng các tụ điệncó điện dung biến đổi vì chúng dễ chế tạo chính xác hơn là cuộn dây có điệncảm biến đổi (đặc biệt trong trường hợp cần đồng chỉnh nhiều mạch cộnghưởng). Mặt khác, phạm vi biến đổi của tụ điện lớn, bền chặt, ổn định (C ít biếnđổi theo điều kiện bên ngoài). Một số mạch điều chỉnh liên tục bằng điện dung.Mạch vào làm việc trong phạm vi tần số rộng thì phải kết hợp cả hai cách điềuchỉnh liên tục và từng nấc. Băng sóng được chia ra nhiều băng nhỏ, khi chuyển

550KHz 1600KHz

vo=20àv

Hình 3.7 Hệ số truyền đạt đồng

Thuviendientu.org



38

từ băng nọ sang băng kia phải điều chỉnh theo từng nấc, còn trong mỗi băng,người ta sử dụng mạch cộng hưởng điều chỉnh liên tục để chọn kênh. Đối vớimáy thu thế hệ mới thì người ta sử dụng Varicap để thực hiện việc điều chỉnh

cộng hưởng này.3.6.2 Các yêu cầu của mạch vào máy thu3.6.2.1 Hệ số truyền đạt

Là tỉ số giữa điện áp ra của mạch vào điều chỉnh cộng hưởng ở một tần sốnào đó và sức điện động cảm ứng tr ên anten (Ea).

A

o MV

E

V A

AMV càng lớn thì hệ số khuếch đại chung của toàn máy càng lớn.3.6.2.2 Độ chọn lọc

f

oC

A AS

3.6.2.3 Băng thông B3.6.2.4 Dải tần làm việc

Gọi dải tần số làm việc của máy thu là: f omin-f omax. Tần đoạn làm việc được

định nghĩa như sau:min

max

o

o

doan f

f A Dải tần nói tr ên có thể

được chia thành nhiều băng tần bằng cách chia thành nhiều cuộn dây cho các băng tần, mỗi băng tần tương ứng với một cuộn dây khác nhau. Tỉ số giữa f bmax

và f bmin ứng với mỗi băng gọi là hệ số trùm băng.

min

max

b

b

bang f

f A

3.7 Nhiễu trong hệ thống thông tin và trong máy thu Nhiễu trong hệ thống thông tin xuất hiện trong k ênh thông tin và trong cả

thiết bị. Nhiễu là thành phần không mong muốn, xuất hiện ngẫu nhiên gây nhiễuvớ i tín hiệu hữu ích. Ta không thể loại bỏ nhiễu hoàn toàn nhưng có thể giảmnhiễu bằng các biện pháp khác nhau, chẳng hạn giảm băng thông tín hiệu, tăngcông suất máy phát hoặc sử dụng các bộ khuếch đại nhiễu thấp.

Có hai loại nhiễu là nhiễu bên trong: xuất hiện trong bản thân thiết bị vànhiễu bên ngoài: xuất hiện tr ên kênh truyền.3.7.1 Nhiễu bên ngoài

Nếu môi trường truyền dẫn là không gian thì nó có nhiều loại nhiễu nhưnhiễu do thiết bị, từ khí quyển và từ không gian.3.7.1.1 Nhiễu thiết bị

Thuviendientu.org



39

Nhiễu này được tạo ra từ các thiết bị công nghiệp và dân dụng trong quátrình khởi động hoặc làm việc. Chẳng hạn, từ các thiết bị đánh lửa của động cơ ôtô hay các motor điện, từ máy tính hoặc các loại đèn điện…Loại nhiễu này có

phổ tần rộng nhưng phân bố không đều trong toàn dải. Thông thường nó ảnhhưởng mạnh ở vùng dải tần thấp hơn. Tuy nhiên, sự phân bố chính xác của tầnsố nhiễu phụ thuộc vào bản thân loại thiết bị gây nhiễu và phụ thuộc vào môitrường truyền dẫn của nhiễu đó đến thiết bị đang khảo sát. Chẳng hạn, các máytính tạo ra nhiễu mạnh tại các tần số bằng bội số và ước số của tần số xung clock của chúng, còn tại vùng tần số khác thì năng lượng nhiễu không đáng kể.

Nhiễu do con người tạo ra có thể truyền theo không gian hoặc dây dẫn đếnmáy thu. Thông thường, việc giảm nhiễu tại nguồn phát thực hiện dễ dàng hơntại máy thu. Chẳng hạn, ta có thể nối mass cho vỏ máy tính và lớp vỏ của cáp

truyền dẫn, đồng thời sử dụng các bộ lọc thông thấp dọc theo đường dây cungcấp điện để giảm nhiễu từ máy tính.3.7.1.2 Nhiễu khí quyển

Nhiễu này chủ yếu là do sấm sét trong bầu khí quyển tạo ra. Nó có thểtruyền đi một khoảng cách lớn trong không gian. Hầu hết năng lượng của các tiachớp tập trung ở tần số thấp (nhỏ hơn vài MHz). Nhiễu này có tỉ số công suấtđỉnh tr ên công suất trung bình r ất lớn đồng thời xuất hiện trong một khoảng thờigian r ất ngắn (xung dạng Burst-loé) so với thời gian nghỉ giữa 2 xung nhiễu. Dođó, tuy không thể giảm nhiễu này tại nguồn phát, nhưng ta có thể thực hiện mộtsố biện pháp để giảm chúng, ví dụ có thể thiết kế máy thu sao cho nó không làm

việc trong thời gian xuất hiện nhiễu. Kỹ thuật này gọi là k ỹ thuật “làm tr ắngnhiễu”3.7.1.3 Nhiễu không gian

Phổ năng lượng bức xạ của mặt trời rất rộng, bao phủ vùng phổ sóng vôtuyến nên có gây nhiễu cho các thiết bị thu phát, chủ yếu ở vùng tần số VHF vàcao hơn VHF. Ngoài ra còn nhiều nguồn nhiễu khác từ các vì sao trong vũ trụ,nhưng ảnh hưởng nhỏ hơn vì chúng ở xa so với mặt trời. Nhiễu do mặt trời ảnhhưởng chủ yếu đến các vệ tinh thông tin và đặc biệt nghỉêm tr ọng trong trườnghợp mặt trời, vệ tinh và tr ạm mặt đất nằm tr ên một đường thẳng.

3.7.2 Nhiễu bên trong Nhiễu bên trong xuất hiện trong bản thân thiết bị, cả trong thành phần thụđộng như điện trở, cáp và tích cực như diode, transistor, đèn điện tử. Chúng gồmnhiễu nhiệt, nhiễu bắn, nhiễu thành phần, nhiễu nhấp nháy (1/f) và nhiễu thờigian chuyển đổi.

3.7.2.1 Nhiễu nhiệt

Thuviendientu.org



40

Nhiễu nhiệt tạo ra từ sự chuyển động ngẫu nhiên của các điện tử trong vậtdẫn do nhiệt độ gây ra. Vì nó xuất hiện trong tất cả các mạch điện nên còn có tênlà nhiễu mạch.

Công suất nhiễu nhiệt trong một vật dẫn không phụ thuộc vào tần số, nênđôi khi được gọi là nhiễu trắng, và được biểu diễn như sau:

kTB P N (3.1)

Trong đó, P N : công suất nhiễu nhiệt [w]k : hằng số Boltzmann k=1,38.10-34 joules/kelvin [J/K]T : nhiệt độ tuyệt đối [K]; T(oK)=T(oC)+273 B: Băng thông nhiễu [Hz]

Ví dụ: một máy thu có băng thông nhiễu 10KHz. Một điện trở phối hợp với trở kháng vào của máy thu được nối ngang qua anten. Tính công suất nhiễu gây ratrên điện trở trong băng thông máy thu, nếu nhiệt độ của nó là 270C.

áp dụng biểu thức (3.1) ta có công suất nhiễu gây ra trên điện trở:W . , ) Hz . )( K )( K / J . ,( kTB P N

17323 10144101030010381

Tuy giá tr ị của nó không lớn nhưng nó có thể ảnh hưởng đáng kể đến độnhạy của máy thu vì công suất tín hiệu đến máy thu thường rất nhỏ.

Nhiễu nhiệt của vật dẫn không phụ thuộc vào vật liệu chế tạo và dòng điệnchạy qua nó.Điện áp nhiễu:

Gọi V, P lần lượt là điện áp nhiễu, công suất nhiễu tr ên điện trở R. Chúngliên hệ nhau theo biểu thức:

R

V P

2

Suy ra điện áp nhiễu: kTBR PRV

(3.2)

RN RLV N /2

V N /2

V N

Hình 3.8 biểu diễn một điện trở RN hoạtđộng như một nguồn nhiễu nối tiếp với

Thuviendientu.org



41

Hình 3.8 biểu diễn một nguồn nhiễu V N , điện trở nguồn R N và điện trở tải R L. Do điều kiện phối hợp trở kháng nên R N = R L. Vì vậy, đIện áp nhiễu tr ên haiđiện trở là bằng nhau và bằng V N / 2. Từ biểu thức (3.2) ta có:

L N N ktBRktBR / V 2 . Do đó:điện áp nguồn nhiễu bằng: L N N ktBRktBRV 44 .

Ví dụ 3:Một điện trở 300 mắc nối tiếp với trở kháng vào 300 của anten. Băng

thông của máy thu là 6MHz, và điện trở làm việc ở nhiệt độ phòng 200C. Hãytính công suất nhiễu và điện áp nhiễu đặt vào đầu vào máy thu.Công suất nhiễu được tính theo biểu thức (3.1)

W . , ) Hz . )( K )( K / J . ,( ktB P N

15623 1022410629310381

Điện áp nhiễu được tính theo biểu thức (3.2)V ,V . , ) )( Hz . )( K )( K / J . ,( ktBRV L N 4510453001062931038144 6623 .

D ĩ nhiên, chỉ một nửa điện áp này xuất hiện trên anten đầu vào của máy thu vànửa còn lại đặt trên điện trở nguồn. Vì vậy điện áp nhiễu đặt trên đầu vào máythu bằng V , 72 .3.7.2.2 Nhiễu bắn

Gây ra do sự thay đổi ngẫu nhiên của dòng điện trong thiết bị tích cực,chẳng hạn trong đèn điện tử, transistor hoặc diode bán dẫn. Sự thay đổi này đượctạo ra do dòng điện là một luồng hạt mang (điện tử và lỗ trống) hữu hạn. Dòngđiện có thể xem như là một chuỗi xung mà mỗi một chuỗi gồm các hạt điện tửmang điện. Nhiễu bắn được biểu diễn theo biểu thức như sau:

BqI I N 02

(3.3)Trong đó: I N : Dòng điện nhiễu hiệu dụng [A]q: Điện tích của điện tử, bằng 1,6.10-19 Coulomb I 0: Dòng điện phân cực của thiết bị [A] B: Băng thông nhiễu

Ví dụ: Một máy tạo nhiễu sử dụng diode tạo 10 uV nhiễu tại máy thu có trở kháng vào 75 Ohm và băng thông nhiễu 200KHz. (chúng là 3 giá tr ị tiêu biểucủa máy thu FM). Tính dòng điện chạy qua diodeĐầu tiên, chuyển đổi điện áp ra dòng nhờ định luật Ohm:

A ,V

R

V I N

N 133075

10

Tiếp đến, tính dòng phân cực chạy qua diode D dựa vào biểu thức (3.3):

Thuviendientu.org



42

mA A , ) Hz . )( C . ,(

) A. ,(

qB

I I BqI I BqI I N

N N

27627601020010612

101330

222

319

26

2

002

0

3.7.2.3 Nhiễu quá mứcCòn gọi là nhiễu flicker hay là nhiễu 1/f vì công suất nhiễu tỉ lệ nghịch với tần số. Đôi khi còn được gọi là nhiễu hồng vì năng lượngnhiễu phân bố ở đoạn cuối của vùng tần số thấp trong dải phổ của ánh sáng thấy được. Nguyên nhân chủ yếu gây ra nhiễu quá mức làdo sự thay đổi mật độ hạt mang.

Nhiễu quá mức gây ảnh hưởng lớn hơn trong thiết bị bán dẫn và điện trở carbon so với đèn điện tử. Tuy nhiên nó không ảnh hưởng nghiêm tr ọng đếnmạch thông tin vì nó giảm khi tần số càng cao và chỉ có tác dụng đối với vùngtần sô bé hơn 1KHz. Nhiễu này làm nguồn kiểm tra và cài đặt trong hệ thống

Audio.3.7.3.3 Tổng nhiễu từ các nguồn khác nhau

Điện áp nhiễu tổng của các nguồn nhiễu mắc nối tiếp được tr ình bày theo biểu thức (Phát xuất từ công suất nhiễu tổng bằng tổng các công suất nhiễu thành phần và công suất tỉ lệ với bình phương điện áp):

...V V V V N N N Nt 21

21

21

(3.4)Tương tự, dòng điện nhiễu tổng của các nguồn nhiễu mắc song song được tr ình bày theo biểu thức:

... I I I I N N N Nt 21

21

21

(3.5)Ví dụ:Cho mạch điện như hình vẽ, gồm hai điện trở mắc nối tiếp có 2 nhiệt độ khácnhau. Tính điện áp và công suất nhiễu tổng tạo ra tr ên tải có băng thông100KHz.

Điện áp nhiễu hở mạch được tính theo biểu thức (3.4)

nV )]. K ( ). K )[( Hz . )( K / J . ,(

) RT RT ( kB ) BRkT ( ) BRkT ( V V V R R Nt

77910030010030010100103814

444

323

22112

222

1122

21

R1 100Ohm

R2 200Ohm

RL 300Ohm

Thuviendientu.org



43

Từ việc phối hợp trở kháng nên ta chọn điện trở tải bằng 300 Ohm, do đó điện áp nhiễu đặt tr ên tải bằng một nửa điện áp nhiễu hở mạch được tính ở tr ên, ngh ĩa là bằng 309nV.

Do đó công suất nhiễu tr ên tải:

W . , )nV ( RV P

L

L 15

22

105060300390

Tỉ số tín hiệu tr ên nhiễu:Được biểu diễn theo biểu thức sau:

N

S

P

P log )dB( N / S 10

(3.6)

N

S

V

V log )dB( N / S 20

(3.7) Trong đó, P S và P N , V S và V N : lần lượt là công suất và điện áp tín hiệu và nhiễu.Ví dụ:Một máy thu có công suất nhiễu 200mV. Công suất ra tăng đến 5W khi đưa tínhiệu vào. Tính (S+N)/N trong đơn vị dB

2520

5

W ,

W

N

N S

Trong đơn vị dB:

dBlog )dB( N S

142510

Hệ số nhiễu: NF (Noise Figure) viết tắt FBiểu thị một thành phần, tầng hay các tầng nối tiếp làm giảm tỉ số tín hiệu

trên nhiễu của hệ thống bao nhiêu lần. Nó được định nghĩa như sau:

o

i

) N / S (

) N / S ( NF

(3.8)Trong đó:(S/N)i và (S/N)o lần lượt là tỉ số tín hiệu tr ên nhiễu tại đầu vào và ra của thành

phần hay tầng. (đơn vị của chúng là lần)Biểu diễn NF trong đơn vị dB: NF (dB)=(S/N) I (dB)-(S/N)o (dB)Mối liên hệ giữa NF(dB) và NF:

NF(dB)=10logNF

Ví dụ:

Thuviendientu.org



44

Công suất tín hiệu và công suất nhiễu tại đầu vào của một bộ khuếch đại lần lượtlà 100uW và 1uW. Tại đầu ra công suất tín hiệu và nhiễu lần lượt là 1W và30mW. Tính hệ số nhiễu:

dBlog NF log )dB( NF

W , / W W / W

) N / S ( ) N / S ( NF

o

i

231010

303011100

Nhiệt độ nhiễu tương đương:Từ biểu thức hệ số nhiễu ta suy ra:

i

o

o

i

oi

oi

o

i

N

N

S

S

S N

N S

) N / S (

) N / S ( NF

Gọi A là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại:

i

o

S

S A

Thay A vào biểu thức tr ên:

A N

N NF

i

o

Suy ra: A N ) NF ( N io

Vì thế: Nhiễu tổng tại đầu vào là: i N ) NF (

Giả sử nhiễu nguồn đầu vào Ni là loại nhiễu nhiệt, được biểu diễn theo biểuthức:

kTB N i Nhiễu tương đương tại đầu vào do bộ khuếch đại tạo ra là:

kTB ) NF ( N N ) NF ( N N N iiioeq 1

(S/N) (S/N)

Điện trở

Hệ số kđạiA

Hình 3.10 Sơ đồ tương đương với sơ đồ trên,trong đó có điện trở nhiễu tương đương và bộ

(S/N (S/N

Hệ số K đại

Hình 3.9 Sơ đồ tính NF của bộ

Thuviendientu.org



46

... A A A

NF

A A

NF

A

NF NF NF

T

321

4

21

3

1

2

1

111

Trong đó: NF1, NF2… NF4…: Hệ số nhiễu của các bộ khuếch đại mắc chuỗi

A1, A2, A3: Độ khuếch đại của các bộ khuếch đại mắc chuỗiChú ý các hệ số nhiễu trong biểu thức trên được tính theo đơn vị tỉ số, không phải theo dB

Thuviendientu.org



47

Chương 4

ứng dụng Varicap

trong thiết bị thu phát

4.1 Khái niệm

Varicap là một linh kiện bán dẫn có điện dung thay đổi theo điện áp đặt v ào

mối nối p-n của nó. Varicap được ứng dụng nhiều trong các bộ thu phát sóng VHF

và UHF, dùng để thay đổi tần số trong các bộ cộng hưởng để lựa chọn các k ênh

sóng, để nhân và chia tần số, tự động kiểm soát tần số, điều chế AM, FM hoặc sử

dụng trong các máy đo tần số cao và các máy đo cường độ trường.

Varicap được ký hiệu như sau:

Mạch tương đương Varicap:

Ls: điện cảm do dây dẫn kết hợp với cấu trúc bán dẫn.

Rs: điện trở nối tiếp.

Cj: điện dung bên trong varicap, có giá trị thay đổi theo

phân áp đặt vào.

Hình 4.1

CC

LS RS

RP

CJ

Hình 4.2

Thuviendientu.org



48

Rp: điện trở thay đổi theo điện áp vào, có giá trị lớn

nhất khi varicap phân cực nghịch và rất nhỏ khi varicap

phân cực thuận.Cc: điện dung tiếp xúc do dây dẫn.

Mạch tương đương varicap thường được sử dụng:

Công thức tiêu biểu để tính điện dung theo điện áp phân cực:

)(

V

K C V

(4.1)

C v : điện dung tương đương với điện thế vào

V : điện áp đặt lên varicap gồm điện áp phân cực và

điện áp tín hiệu xoay chiều

AC PC V V V

: hệ số phụ thuộc vào vật liệu =1/3...1/2

K : hệ số phụ thuộc cấu trúc bán dẫn

: hiệu điện thế tiếp xúc = 0,5 0,65

Đặc tuyến varicap tiêu biểu của Varicap

RS CJ

Hình 4.3 mạch tương đương của đơn

Hình 4.4 Đặc tuy n của Varicap

V

pF

0 5 10 15

100

150

200

250

Điện áp phân cực

Cv

Thuviendientu.org



49

Ta nhận thấy điện dung varicap đều thay đổi khi phân cựcthuận và phân cực nghịch thay đổi. Tuy nhiên, khi phân cựcthuận thì dòng qua varicap là dòng thuận sẽ thay đổi rấtlớn và Rp có trị số nhỏ, điều này làm giảm phẩm chất củamạch cộng hưởng. Trong điều kiện phân cực nghịch, dòng quavaricap rất bé, Rp rất lớn, varicap được xem nhưkhông tiêu tán năng lượng (Q). Do đó varicap thường

được phân cực nghịch để làm việc. Đặc tuyến có dạng tùy

thuộc vào sự phân bố tạp chất trong diode biến dung.Ví dụ phân cực cho

Varicap:

Tên : BA 163

Điện áp ngược từ – 1V đến –12V

Cường độ dòng điện thuận cực đại:

ILvmax = 12/33k = 0,4 mA

4.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của varicap

1. Điện thế làm việc cực đại của varicap: MWV (Maximum Working Voltage) là

điện áp làm việc cao nhất DC và AC ở đỉnh, quá điện áp này varicap sẽ hỏng. Điện

áp này bằng điện áp phân cực, thay đổi tùy từng loại varicap từ -7V -200V

2. Điện áp đánh thủng: BRV (Breakdown Voltage) là điện

áp làm cho dòng phân cực gia tăng nhanh gây hư hỏng (đánh

thủng).

3. Dòng điện ngược cực đại: là dòng điện ứng với điện

thế ngược làm việc cực đại, tùy thuộc vào loại và cách cấu

tạo varicap mà dòng điện này thay đổi từ: 0,005A5A.

0V

BA163

33K

-1V-

Thuviendientu.org



50

4. Công suất tiêu tán Pd là công suất cực đại mà

varicap có thể tiêu tán được. Tùy theo từng loại công suất

này thường thay đổi từ 200mW đến 2,5W.5. Điện dung định mức C: là điện dung danh định của

varicap, nó được xác định ở một điện áp nào đó và tần số

xác định, giá trị có thể là vài pF đến 2000pF. Các varicap

có điện dung định mức thấp thường được sử dụng trong các

máy thu phát viba.

Các giá trị điện dung định mức như sau:

.1 .2 .3 .4 .5 .6 ...... .9 1PF3 4 5 6,5 6,6 7 8 8,2 10

12 PF

14 15 18 20 22 22,5 24 27 33

35PF

39 47 50 53 56 65 68 70 71

82PF

100 150 250 350 500 1000 2000PF6. Hệ số phẩm chất Q : là tỷ số điện kháng và điện trở

nối tiếp sCR

Q

1

Q được ghi rõ ở tần số và điện thế nhất định, Q thường có

giá trị từ 3 đến 100

7. Điện trở nối tiếp Rs: tạo ra chủ yếu do điện trở mối

nối bán dẫn, từ cấu trúc bán dẫn đến đầu ra. Tuy nó cũngtỷ lệ với tần số f nhưng không đáng kể.

8. Tần số cắt fCo: là f tại đó Q = 1, thông thường fCo=

50MHz đến 500MHz

9. Tần số cộng hưởng riêng: là tần số bản thân varicap

cộng hưởng không có thành phần bên ngoài. Thường do các

Thuviendientu.org



51

điện cảm và điện dung trong varicap tạo nên. Thông thường

từ 150MHz đến 2GHz. Đối với varicap hoạt động ở tần số

thấp thì dòng điện thuận If là dòng của varicap cho phépkhi nó rơi vào điều kiện phân cực thuận. Khi điệp áp ngược

đặt vào diode càng lớn thì khoảng cách d của tiếp giáp

càng tăng và Cv giảm.

4.3 Hoạt động của varicap

4.3.1 Varicap trong các m ạch lọc

Trong hai sơ đồ trên ta chọn: R2>>R1 để R2 không ảnh hưởng

đến các thông số mạch lọc.

4.3.2. Varicap dùng trong mạch lọc nhiễu

vC R1

1

vC R1

1

Hình 4.6. Mạch lọc thông thấp và lọc

V

R

CVR +_ VPC Vo V

R

VPC_+R Vo

Hình 4.5

CV

R1 CvR2

VPC+_

Hình 4.7

Thuviendientu.org



52

4.3.3. Ghép các varicap

4.3.4.Varicap trong m ạch cộng hưởng

a. Cộng hưởng nối tiếp

b. Cộng hưởng song song

=Cv1 Rp1 Cv2 Rp3Rp2 Rpr RptdCv3 Cvr Cvtd

Hình 4.8

L

Cv

R

Vc

+

_

Cv

L

Hình 4.9

+R C1

Thuviendientu.org



53

4.3.5. Varicap trong các bộ nhân tần

Varicap được sử dụng trong các bộ nhân tần có ưu điểm là đơn giản hơn các

mạch nhân tần dùng BJT, FET vì trong bộ nhân tần dùng varicap hầu như không cần

cung cấp năng lượng.

Tín hiệu Vi qua bộ lọc f1 tạo ra dòng điện qua varicap.Do đặc tuyến không thẳng của varicap nên sẽ sinh ra cáchài bậc cao của f1. ở đầu ra của bộ lọc thứ hai có fn = nf1sẽ cho ra tín hiệu là nf1. Varicap có điện trở nối tiếprất bé do đó công suất tiêu thụ là

Hình

f1 fn

VPC Vi

Lọc Lọc

Hình

CV R1

Thuviendientu.org



54

do thành phần kháng là chủ yếu, sự mất mát rất thấp do đó

dùng varicap có hiệu suất rất cao, thông thường là 90% (so

với BJT hay FET hiệu suất cỡ 50%).4.4. ứng dụng Varicap trong các máy thu

Mỗi varicap có điện dung danh định khác nhau, với điện

áp phân cực thay đổi sẽ cho ta giá trị CVmin CVmax. Tùy

thuộc vào hệ số trùm băng của mỗi băng sóng (K=f max /f min) ta

chọn varicap thích hợp dựa vào công thức sau đây:

min

max

min

max

C

C

f

f

LC f

2

1

f max ứng với C Vmin

và f min ứng với C Vmax

4.4.1. VARICAP mắc đẩy kéo (cộng hưởng cân bằng)

Thông thường chúng ta dùng một varicap để cộng hưởng.Trong một số trường hợp đối với tín hiệu xoay chiềuvaricap sẽ rơi vào vùng phân cực thuận làm tăng dòng phâncực, giảm hệ số phẩm chất của mạch, đồng thời làm quan hệgiữa CV và V không còn tuyến tính. Để khắc phục nhược điểmnày người ta dùng hai varicap mắc đẩy kéo như hình vẽ.Hai Varicap được phân cực đồng thời nhờ điện áp phân cực

L

R

VPC

CV

CV

VDC

Hình 4.12

Thuviendientu.org



55

đưa vào mạch qua điện trở R. Khi tín hiệu cao tần áp vào 2Varicap giống nhau, nó sẽ lái chúng đến những giá trị điệndung cao thấp luân phiên nhau. Do đó điện dung tương đương

của mạch gần như không đổi theo điện áp cao tần. Tuy nhiên

mạch có nhược điểm là làm giảm giá trị CVtđ, do đó phai

chọn varicap có điện dung danh định lớn hơn.

4.4.2.Varicap dùng trong m ạch cộng hưởng đơn tầng.

R: trở phân cực

L1, CV: khung cộng hưởng

RV: chỉnh đIện áp phân cực cho Varicap

L2: cuộn cản cao tần, không cho tín hiệu cao tần từkhung cộng hưởng trở về gây nhiễu nguồn cung cấp. C2: tụ

thoát cao tần.

4.4.3. Varicap dùng trong m ạch cộng hưởng nhiều tầng.

C1

L1 Cv

R L2

C2

VPC

Rv V

Hình 4.13a Varicap cộng

L1

CV1

R L2

C2

Rv V

CV2

Hình 4.13b Varicap đẩy kéo/

VPC

Thuviendientu.org



56

Hình 4.14

RFAMP MIX

OSC

CV2 L2 CV3 L3

L1CV1CV4 L4

fc

fa

fc – fa =

L5

C1

Cv1

L1 R1

C5

L2 R2

RvCv2 L6

C2

L3

L4

R3

R4

C3

C4

Cv3

Cv4

L7

L8

Hình 4.15

Thuviendientu.org



57

4.4.4. Mạch tự động kiểm soát tần số AFC (Automatic

Frequency Control) Thường dùng cho các máy thu FM

L5

V

Rv

L1

L2

L3

L4

R1

R2

R3

R4

L6

L7

L8

CV2

CV1

CV3

CV4

CV5

CV6

CV7

CV8

Hình 4.16

RFAMP

MIX

KĐTT DETECTOR AFfIF

10,7 MHz

L Cv C2

C1 R1 L1 R2

Mạch AFC

fa

fo RP1

RP2

vo

Thuviendientu.org



58

1 : Đặc tuyến chữ S thuận, 2: đặc tuyến chữ S nghịch.

Khi f = f0: v0 = 0, f0 vẫn ở trị số ổn định.

Khi f > f0: v0>0 hoặc v0<0 (tùy theo đặc tuyến chữ S).

Khi f<f0 : v0 <0 hoặc v0 >0 (tùy theo đặc tuyến chữ S).

Mục đích là giữ ổn định f0.

Gỉa sử f0 thay đổi f0-fa = fIF thay đổi đầu ra bộ

tách sóng sẽ có vi 0 làm thay đổi phân cực varicap làm

khung cộng hưởng trở về f0.

Đây là phương pháp đo tần số để đo các tần số rất lớn

(cỡ 100MHz) Nếu L và Cv đúng tần số khung L, CV cộng

hưởng mạnh tụ C2 được nạp điện qua D A chỉ giá trị

cực đại khi đó đọc Lvà CV thì ta biết được tần số fx cần

đo.

Cách đo và đọc: máy đo có nhiều tầm đo tương ứng với

các cuộn dây L, L’, L’’, L’’’. Chẳng hạn:

L tương ứng: 10 MHz 20MHz

L’ tương ứng: 20MHz 50MHz

L’’tương ứng: 50MHz 100MHz

L’’’ tuơng ứng: 100MHz 300MHz

Thuviendientu.org



59

Khi chọn một trong các cuộn dây thì tương ứng với các

bảng khắc độ f được khắc lên biến trở RV để chỉ trị số f

cần đo.Giả sử cần đo một tần số fx nào đó, trước tiên ta chọn

tầm bằng cách chọn một trong các cuộn dây L, L’, L’’,

L’’’, sau đó chỉnh biến trở RV đến lúc tương ứng với A

chỉ giá trị cực đại đọc được giá trị của fx khắc trên

bảng khắc độ của RV.

Máy đo này có khung cộng hưởng L, CV được nhận năng

lượng từ một khung cộng hưởng khác nên gọi là máy đo sóng

hấp thụ.

4.4.8. Máy đo trường

10. 10. 10.

f

VO

Thuviendientu.org



60

L, CV là khung cộng hưởng của 1 mạch dao động tự kích.

Tín hiệu dao động quét có dạng răng cưa (hình 1) sẽ

cùng với VDC phân cực cho varicap CV làm cho điện áp phân

cực tăng tuyến tính. Do đó khung dao động L, CV sẽ tạo tần

số từ f0min đến f0max. Sau đó nếu ta đưa tín hiệu Vra vàomạch tách sóng FM và đưa vào mạch dao động ký ta sẽ có

dạng đặc tuyến chữ S như hình vẽ với điều kiện dải tần số

f0min f0max được thiết kế trong khoảng trung tần FM, AM

của máy thu. Máy này có thể kết hợp với máy đánh dấu và

dao động ký để làm xuất hiện dạng sóng của đáp tuyến băng

thông trung tần trong máy thu hình hệ FCC. Thiết bị này

gọi là máy phát sóng quét và đánh dấu (sweep and marker).

4.4.10. Volkế DC

Khóa K dùng để chuyển (tầm ảo) 15V, 150V, 1500V.

Từ dao động thạch anh chuẩn 27MHz ta ghép qua biến thế

cảm ứng L1, L2. Thiết kế L2=23 H. Định chuẩn sao cho ở

Hình 4.23

39.7 41.2 45.7 47.2

f

AV

Hình 4.24

Thuviendientu.org



61

tầm tối đa 15V, 150V, 1500V thì L2, CV cộng hưởng đúng tại

tần số f = 27MHz và khi đó A kế chỉ giá trị cực đại. Nếu

điện áp DC cần đo < 15V thì tần số cộng hưởng L CV bây giờsẽ lệch giá trị 27MHz và kim điện kế sẽ chỉ giá trị bé

hơn. Khi đổi tầm đo, tùy thuộc vào vị trí 1, 2, 3 mà các

điện trở R1, R2, R3, R4 hình thành cầu phân áp để suy giảm

điện áp 150V và 1500V xuống còn tối đa là 15V.

CHƯƠNG 5

k ỹ thuật chuyển đổi đIện áp sang tần số và tần số sang đIện áp

5.1 Bộ chuyển đổi điện áp sang tần số

5.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI

So sánhđiện áp

MonoStab

RCRin

I2C

ICC

IC

xãI1

IC =I2 – I1 = I2 +

t1

t1 t2t1: I2fout

Thuviendientu.org



62

K ỹ thuật FM tần số thấp là một phương thức biến đổi điện áp sang tần số gọi tắt

là chuyển đổi V TO F. Kỹ thuật này được sử dụng khá phổ biến trong các mạch xử lý

tín hiệu truyền tải hay lưu trữ thông tin. Ưu điểm của kỹ thuật này là nhờ công nghệ

chế tạo vi mạch để có độ tuyến tính cao trong chuyển đổi V sang F. Độ di tần có thể

đạt đến giá trị cực đại. Các ứng dụng phổ biến là trong các mạch thu phát hồng ngoại,

thông tin quang, thu phát tín hiệu điều khiển từ xa, các loại tín hiệu số, hoặc lưu trữ dữkiện, thông tin trên băng cassette. Thông thường bộ chuyển đổi có thể kết hợp với một

PLL để có độ chính xác cao và luôn luôn có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể chuyển

đổi từ điện áp sang tần số và ngược lại từ F sang V.

5.1.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH

Bộ chuyển đổi V sang F thường có 3 khối:

- Mạch tích phân kết hợp với nguồn dòng I2.

- Mạch so sánh điện áp để phát hiện mức điện áp đầu ra của bộ tích phân.

- Mạch monostable nhằm tạo xung ở đầu ra mà mức cao có thời gian t1 không đổi

(quyết định bởi mạch RC của Monostable).

Trong thời gian t1, xung ở đầu ra có mức 1 (mức cao). Nó được đưa trở về mở

nguồn dòng để tạo ra dòng không đổi I2. Dòng I2 chia làm 2 phần: I2 = IC+I1, trong đó

IC là dòng nạp cho tụ C của mạch tích phân làm cho điện áp tr ên tụ (tức là điện áp ở

đầu ra của bộ tích phân) có độ dốc âm như hình vẽ. Còn dòng I1 thì chạy qua R in. Bộ

so sánh điện áp sẽ so sánh mức điện áp trên đầu ra bộ tích phân và giá tr ị 0 (masse) để

tạo 1 xung kích mở mạch Monostable.

Trong thời gian t2, điện áp trên đầu ra của mạch Monostable bằng 0 làm đóng

(khóa) nguồn I2. Tụ C sẽ phóng điện qua R in bằng dòng I1. Năng lượng nạp cho tụ C

trong thời gian t1 sẽ được phóng hết trong thời gian t2. Ở cuối thời điểm của t2, mạch so

Thuviendientu.org



63

sánh tạo ra 1 xung kích mở mạch Monostable để tạo xung đầu ra mạch Monostable có

độ rộng t1

Gọi T =t1 + t2 là chu k ỳ hoạt động của mạch. T phụ thuộc vào vin, I2, R in và C.5.1.3 THIẾT LẬP QUAN HỆ GIỮA vin VÀ f out

Trong thời gian t1: tụ nạp điện bằng dòng IC

in

in

C R

v I I I I 212 với

in

in

R

v I 1

Điện tích nạp cho tụ:

121121 )()(. t

R

v I t I I t I q

in

in

C C (1)

Trong thời gian t2: dòng I2 = 0, tụ C sẽ xả điện bằng dòng cố định I1= (-vin/R in).

Điện tích do tụ xả:

221. t R

vt I q

in

in

C (2)

Điện tích nạp và xả tr ên tụ bằng nhau nên từ (1) và (2) ta suy ra:

12

21

212

t .v

R I t t T

t R

vt )

R

v I (

in

in

in

in

in

in

Vậy:12

1

t R I

v

T f

in

in

out (3)

Từ (3) suy ra: f out tỷ lệ với vin với điều kiện I1<< I2

C: không xuất hiện trong biểu thức do đó C không câng phải là loại có độ chính

xác cao lắm.12 t R I

v f in

in

out

Thuviendientu.org



64

5.2 Một số vi mạch chuyển đổi V sang F

5.2.1 KHẢO SÁT IC RC 4151

Loại IC này được sử dụng rất rộng r ãi trong các mạch tiêu biểu và tần số ngõ ra

đạt đến 10KHz.

Hoạt động của mạch và các tham số:

Nguồn dòng I2 được mở trong thời gian t1. Dòng này sẽ nạp qua tụ C0. CB tham

gia vào mạch tích phân. Độ phi tuyến của quá tr ình chuyển đổi V sang F là 1%.

I2 có giá tr ị danh định là 135 A.

R s để điều chỉnh tầm hoạt động cực đại.

R 0: nối tiếp với một điện trở nhằm điều chỉnh thời gian t1, R 0 phải nằm trong dãy điện

tr ở sau đây: (R 0 + R 0’): 0,8K 680K

C0: 1000pF 1Ft1= 1,1R 0C0 (thời gian tồn tại xung Monostable)

I2 = 1,9/R S , (R S = R 4+R 5) VCC = 8 22V

Pttmax= 500 mW Vin = 0,2V +VCC

112 t R I

v f in

out

R0

6.8R’0

RL47K

Vlogi

f0

C0.0

R4 12K

R5

5KRS

R3100

R2 47K

CB 1F

R1

100.

C2

Vi

Hình 5.2

Thuviendientu.org



65

Các điện trở phải dùng loại chính xác cao có sai số: (0,5 1)% . Các tụ được

dùng là loại Mylar hay mica. Nguồn cung cấp phải lấy từ nguồn ổn áp chất lượng cao.

IC này có ngõ ra cực thu hở. Muốn biên độ tín hiệu ra bằng bao nhiêu ta thiết kế chọnVlogic thích hợp bằng cách thay đổi R L.

5.2.2 KH ẢO SÁT IC VF -9400

Đặc điểm:- Hoạt động với nguồn cung cấp 5V

- Ngõ vào là một OPAMP dùng k ỹ thuật MOSFET hoạt động như một bộ tích phân.

- VF 9400 được thiết kế sao cho dòng điện vào Iin: (0 10)A

- Điện trở bên ngoài 250K, 9.09K ấn định tầm hoạt động với dòng điện vào định mức

thích hợp với vin nào đó. Ta có thể thực hiện các tầm điện áp khác nhau bằng cách

chỉnh biến trở đẻ mỗi tầm thay đổi một R in.

- Tụ CREF (Reference) ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính chuyển mạch do đó phải có độ

ổn định cao, hệ số nhiệt độ thấp và độ hấp thu môi trường thấp.

- Tụ Cin được chọn từ (3 10)CREF.

- Chân 7 nối trực tiếp đến nguồn – 5V để tạo nên điện áp chuẩn vì vậy điện áp cung cấp

phải có độ chính xác và ổn định cao.

VF-9400

.+5V

Ci

CREF

9.09

250K

R1500K

+5V -5V

R210K

50K.

4.7K

4.7K

-5V

fout/

fout

Vin

Hình 5.3

Thuviendientu.org



66

- Ngõ ra là dạng cực thu hở với BJT bên trong là loại NPN với hai ngõ ra là f out và

f out/2.

- Điện áp cung cấp giữa chân 14 và 4 không được vượt quá 18V.5.2.3 KHẢO SÁT IC AD537

- IC chuyển đổi AD 537 là một dạng xuất hiện khá phổ biến trong điện tử công nghiệp,

nó được thiết kế từ một mạch dao động đa hài ghép cực phát, được điều chỉnh bằng

nguồn dòng.

- Thuận lợi của nó là f out có dạng xung vuông rất lý tưởng độ phi tuyến là 0,05% trên

toàn bộ tầm hoạt động.

- f outmax = 100KHz.

- R in và C7 quyết định tầm điện áp nhập cần chuyển đổi.

- AD 537 tiêu thụ dòng tối đa 200 mA.

- Hai chân 6, 7 (không dùng trong mạch) được sử dụng với mục đích đo nhiệt độ trong

đó chân 7 phải được nối đến nguồn điện áp chuẩn 1V.

- Chân 6 là nguồn điện áp được lấy từ bộ cảm biến nhiệt độ. Lúc đó ngõ ra sẽ có điện

áp tuyến tính theo nhiệt độ với chân 6 nhận điện áp có đặc tính 1mV/1 0K

- 2K là biến trở loại POT-LIN.

5.3 Bộ chuyển đổi F V

1

1

12

AD 537

3

10

+15

Vlogi

fout

5K.0

1000p

C

Rin

1K

1.09

2KRs

Hình 5.4

Vi

Thuviendientu.org



67

1. Hầu hết các IC chuyển đổi V F đều có tính thuận nghịch, tùy theo mỗi IC, dạng

biến đổi này khác nhau.

*Mạch sửa dạng: nhằm tạo ra dạng sóng thích hợp để điều khiển mạch đơn ổn. Điện ápđầu r a sẽ tỷ lệ với tần số đầu vào f in, điện trở R f nguồn dòng I2 và thòi gian t1.

*Mạch đơn ổn (Monostable): Nhằm tạo ra xung có độ rộng t1, trong thời gian này

nguồn dòng I2 mở.

vout = f in.R f .I 2.t 1

5.4 Một số vi mạch chuyển đổi f sang v

5.4.1 Khảo sát IC chuyển đổi F V RC4151

Mạch biến đổi F V RC4151 có các đặc tính sau đây:

vo = f in.R B.I 2.t 1

Mạch sửadạn

MonoStab

RC

fin

I2

Rf

t1

C

Vout

Hình 5.5

2RC4151

R0

6.8C0.01

10K

10K 5K

+15

RS

14K

CB RB

V0

.0

fi

Hình 5.6

10K

Thuviendientu.org



68

Trong đó: I2 = 1,9/R s, I2 140 A, t1 = 1,1R 0C0 . Khi f in = 10 KHz vout= 10V, độ phi

tuyến 1% vout tỷ lệ với f in.

5.5 ứng dụng các bộ chuyển đổi trong DTTT

5.5.1 BỘ NHÂN VÀ CHIA TẦN SỐ

Tần số f 2 ở đầu ra (f 2= K 1f 1) và K 1 có thể (K 1>1 hay K 1<1) tùy thuộc vào biến trở R.

Một đặc điểm của mạch nhân và chia tần số này so với các nguyên tắc trước đây là K

có thể là 1 số lẻ (thập phân) và tùy thuộc vào biến trở R .

5.5.2 BỘ TÁCH SÓNG PHA

Điện áp ra của bộ tách sóng pha:

v0= (v2-v1 )=K(f 2-f 1 )

5.5.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ FM

F/V V/F

K R K’’

V1 V2

f2f1

K’

Hình 5.7

VO

F/V

F/V

f1

f2

K

K

V1

V2

R

R

V O = (V 2-V 1) = K(f 2-

f 1)

Hình 5.8

R R

R1

R2 K

V/F Mạch lọc

Vi Vout

VREF

Thuviendientu.org



69

Trong đó

VREF : nguồn điện áp chuẩn

Vi : nguồn tín hiệu vào

R 2: chỉnh tần số trung tâm

Dùng mạch đệm Opamp để loại bỏ dòng vào V/F, từ đó mới tính được f IF và f.

f f V

R R

KRV

R R

KR f IF i REF out

21

2

21

1

5.5.4 ĐIỀU CHẾ FSK (FREQUENCY SHIFT KEY)

Điều chế FSK được sử dụng rộng r ãi trong truyền thông tin số. Về cơ bản nó

được mã hoá 2 tr ạng thái cơ bản 0-1. Các tần số f 1, f 2 này không cần có độ phân cách

cao. Hình vẽ tr ên trình bày mạch điều chế FSK với ngõ vào có 2 tr ạng thái 0, 1, tương

ứng ở đầu ra 2 tần số f 1, f 2. Hai điện trở R 1 và R 2 dùng để ấn định f 1 và f 2. Đầu ra của

V/ M ch

VREF

Vi

R1

Mạch đệm K

fout

R2

R1

R2C

Vi Vout

FSK

1

0

1 1

Thuviendientu.org



70

bộ chuyển đổi tín hiệu được biến thành hình sine nhờ 1 bộ lọc, để có chất lượng cao thì

có thể sử dụng bộ lọc dạng vi mạch. Từ đó tín hiệu được truyền trên dây điện thoại

hoặc có thể lưu dữ trên băng cassette nhờ biến thành tín hiệu sine đó. Trong trườnghợp này thì ta nên dùng bộ chuyển đổi có độ chính xác cao ví dụ VF 9400 hay AD 537.

V i = 0 f out = KR1V REF /(R1+R2 ) = f 1

V i = 1 f out = KR1V REF /(R1+R2 ) + KR1V i /(R1+R2 )

Suy ra f 2 > f 1

Chuỗi xung từ đầu ra của bộ V- F qua mạch lọc như hình vẽ với độ rộng xung

thay đổi, suy ra V0ut có dạng sine

Điều kiện thời hằng = RC >>.

. Nếu thay bộ lọc thông thấp ở tr ên bằng L, C thì dạng sine chuẩn hơn.

. Khi cho Vi = 0 V0 sẽ có tần số f 1

. Khi cho Vi = 1 V0 sẽ có tần số f 2 > f 1

5.5.5 GIẢI ĐIỀU CHẾ FSK

Trước tiên để giảm nhiễu, đầu vào ta dùng bộ lọc dải thông từ f 1 đến f 2. Bộ giải

mã FSK nhận tín hiệu có 2 tần số f 1, f 2, qua mạch tách điểm 0 để sửa dạng tín hiệu,sau đó đi qua mạch chuyển đổi F-V và nhờ bộ so sánh với mức điện áp chuẩn để tìm

lại được tín hiệu có 2 mức 0-1.

10 0

L c Tách đi m F/V Sosánh

f1 f2

Vch

Thuviendientu.org



71

5.5.6 LƯU TRỮ DỮ KIỆN TRÊN BĂNG CASSETTE

Dữ kiện số có thể lưu trữ trên băng cassette bằng cách sử dụng các bộ biến đổi V-F.

Ở các bộ điều chế: các ngõ vào từ 0 đến 5V. Dữ liệu này được đưa vào bộ V-F với tần

số làm việc từ 5KHz đến 10KHz, qua bộ chia và bộ lọc thông thấp và ghi vào băng từ.

Ở quá tr ình chuyển đổi ngược lại ta lấy được dữ liệu nguyên thủy, qua bộ giải mã và

lấy lại tín hiệu. Trong trường hợp muốn lưu trữ dữ liệu số ta dùng các bộ biến đổi V-F

như bộ điều chế FSK.

Trong trường hợp chúng ta ghi nhiều dữ liệu trên băng từ th ì sẽ có nhiều bộ chuyển

FSK tương ứng.

GHI

PHÁT

FSK 1

FSK 2

DemodFSK 1

Demod

Vi1

Vi2

GhiLênBăng

V/F : 2 Lọc thông

R2

R1

Vi

SosánhF/VTách điểm 0

A

A

VREF

Thuviendientu.org



72

Trong trường hợp truyền dẫn tínhiệu tr ên nhiều kênh điện thoại, khi sử dụng các

bộ chuyển đổi F-V và V-F cần phải sử dụng thêm các bộ lọc để loại bỏ các loại nhiễu

trên đường dây và thông thường phương pháp này rất thích hợp cho dải tần số từ

300Hz đến 3kHz.

Phương pháp xử lý tín hiệu qua bộ điều chế và giải điều chế FSK cũng tương tựnhư lưu trữ trên băng cassette.

CHƯƠNG 6

Vòng khoá pha PLL

trong đIện tử thông tin6.1 tổng quan về Vòng khoá pha (Phase Locked Loop - PLL)

Vòng khoá pha PLL là hệ thống vòng kín hồi tiếp, trong đó tín hiệu hồi tiếp

dùng để khoá tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha tín hiệu vào. Tín

hiệu vào có thể có dạng tương tự hình sine hoặc dạng số. Ứng dụng đầu tiên của

PLL vào năm 1932 trong việc tách sóng đồng bộ. Ngày nay, nhờ công nghệ tích

hợp cao làm cho PLL có kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, giá thành r ẻ, dễ sửdụng. Kỹ thuật PLL được ứng dụng rộng r ãi trong các mạch lọc, tổng hợp tần số,

điều chế và giải điều chế, điều khiển tự động v.v... Có hàng chục kiểu vi mạch

PLL khác nhau, một số được chế tạo phổ thông đa dạng, một số được ứng dụng

Thuviendientu.org



73

đặc biệt như tách âm (Tone), giải mã Stereo, tổng hợp tần số. Trước đây đa phần

PLL bao gồm cả mạch số lẫn tương tự. Hiện nay PLL số trở nên phổ biến.

6.2 Sơ đồ khối

+ Tách sóng pha: so sánh pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của VCO để tạo ra

tín hiệu sai lệch Vd(t)

+ Lọc thông thấp: lọc gợn của điện áp Vd(t) để trở thành điện áp biến đổi chậm

và đưa vào mạch khuếch đại một chiều

+ Khuếch đại một chiều: khuếch đại điện áp một chiều Vdk (t) để đưa vào điều

khiển tần số của mạch VCO

+ VCO (Voltage Controled Oscillator): bộ dao động mà tần số ra được điều

khiển bằng điện áp đưa vào.

6.3 Hoạt động của mạch

6.3.1 Nguyên lý hoạt độngVòng khoá pha hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển mà đại lượng

vào và ra

là tần số và chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm

vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và ra.

Tách sóngpha

Lọc thôngthấp

khuếchđại mộtchiều

VCO

vi(t),

Vd(t)

vdk(t)

fo

Hình 6.1 Sơ đồ khối của vòng giữ pha

vdc(t)

vo(t),

Thuviendientu.org



74

Ngh ĩa là PLL làm cho tần số of của tín hiệu VCO bám theo tần số if của tín hiệu

vào.

Khi không có tín hiệu vi ở ngõ vào, điện áp ngõ ra bộ khuếch đại Vdc(t) =0,

bộ dao động VCO hoạt động ở tần số tự nhiên f N được cài đặt bởi điện trở, tụ

điện ngoài. Khi có tín hiệu vào vi , bộ tách sóng pha so sánh pha và tần số của tín

hiệu vào với tín hiệu ra của VCO. Ngõ ra bộ tách sóng pha là điện áp sai lệch

Vd(t) , chỉ sự sai biệt về pha và tần số của hai tín hiệu. Điện áp sai lệch Vd(t)

được lọc lấy thành phần biến đổi chậm Vdc(t) nhờ bộ lọc thông thấp LPF,

khuếch đại để thành tín hiệu Vdk (t) đưa đến ngõ vào VCO, để điều khiển tần sốVCO bám theo tần số tín hiệu vào. Đến khi tần số f 0 của VCO bằng tần số f i của

tín hiệu vào, ta nói bộ VCO đã bắt kịp tín hiệu vào. Lúc bấy giờ sự sai lệch giữa

2 tín hiệu này chỉ còn là sự sai lệch về pha mà thôi. Bộ tách sóng pha sẽ tiếp tục

so sánh pha giữa 2 tín hiệu để điều khiển cho VCO hoạt động sao cho sự sa i lệch

pha giữa chúng giảm đến giá trị bé nhất.

a/ Dải bắt b/ Dải khóa

Dải bắt BC (Capture range): ký hiệu BC=f 2- f 1, là dải tần số mà tín hiệu

vào thay đổi nhưng PLL vẫn đạt được sự khoá pha, ngh ĩa là bộ VCO vẫn bắt kịp

tần số tín hiệu vào. Nói cách khác, là dải tần số mà tín hiệu vào ban đầu phải lọt

vào để PLL có thể thiết lập chế độ đồng bộ (chế độ khóa).

BC phụ thuộc vào băng thông LPF. Để PLL đạt được sự khóa pha thì độ sai

lệch tần số (f i – f N) phải nằm trong băng thông LPF. Nếu nó nằm ngoài băng

BL = fmax –

fN

fmin fmax

BC = f2 –

f1 f2

fN

BC = f2 –

f1 f2

Thuviendientu.org



75

thông thì PLL sẽ không đạt được khóa pha vì biên độ điện áp sau LPF giảm

nhanh.

Giả sử mạch PLL đã đạt được chế độ khoá, VCO đã đồng bộ với tín hiệu

vào. Bây giờ ta thay đổi tần số tín hiệu vào theo hướng lớn hơn tần số VCO thì

VCO sẽ bám theo. Tuy nhiên khi tăng đến một giá trị nào đó thì VCO sẽ không

bám theo được nữa và quay về tần số tự nhiên ban đầu của nó. Ta làm tương tự

như trên nhưng thay đổi tần số tín hiệu vào theo hướng nhỏ hơn tần số VCO.

Đến một giá trị nào đó của tần số tín hiệu vào thì VCO sẽ không bám theo được

nữa và cũng trở về tần số tự nhiên của nó. Dải giá trị tần số từ thấp nhất đến cao

nhất đó của tín hiệu vào được gọi là dải khoá. Từ đó ta định nghĩa:

Dải khóa BL (Lock range): ký hiệu BL=f max- f min, là dải tần số mà PLL

đồng nhất được tần số f 0 với f i. Dải này còn gọi là đồng chỉnh (Tracking range).

Các tần số f max, f min tần số cực đại và cực tiểu mà PLL thực hiện được khóa pha

(đồng bộ). Dải khóa phụ thuộc hàm truyền đạt (độ lợi) của bộ tách sóng pha,

khuếch đại, VCO. Nó không phụ thuộc vào đáp tuyến bộ lọc LPF vì khi PLLkhóa pha thì f i- f 0 = 0.

Khi PLL chưa khóa pha: f i ≠ f 0. Khi PLL khóa pha: f i = f 0. Ở chế độ khóa

pha, dao động f 0 của VCO bám đồng bộ theo f i trong dải tần khóa BL r ộng hơn

dải tần bắt BC.

(fi– fN) trong băngthông LPF đồng bộ

(fi– fN) ngoài băngthông LPF, không đồng

Điện áp sau

f

Hình 6.3 Điện áp sau bộ lọc thôngthấ

Thuviendientu.org



76

Ví dụ:

VCO của một vòng khoá pha PLL có tần số tự nhiên bằng 12MHz. Khi tần sốtín hiệu vào tăng lên từ giá trị 0Hz thì vòng PLL khoá tại giá trị 10MHz. Sau đó

tiếp tục tăng thì nó sẽ bị mất khoá pha tại 16MHz.

1. Hãy tìm dải bắt và dải khoá.

2. Ta lặp lại các bước trên nhưng bắt đầu với tần số tín hiệu vào có giá tr ị rất

cao, sau đó giảm dần. Hãy tính các tần số mà PLL thực hiện khoá pha và

mất khoá pha.

1. Dải bắt: BC = f 2 – f 1=2(12-10)=4MHz

Dải khoá: BL = f max – f min=2(16-12)=8MHz

2. Đáp ứng của vòng PLL có tính đối xứng, nghĩa là tần số tự nhiên tại trung tâm của dải khoá và dải bắt. Do đó, khi giảm tần số tínhiệu vào đến 14MHz thì PLL sẽ bắt đầu thực hiện khoá pha (VCO bám đuổi tín hiệu vào). Tiếp tục giảm tần số tín hiệu vào thì đến giátr ị 8MHz PLL bắt đầu mất khoá pha (VCO không bám còn bám đuổi tín hiệu vào được nữa).

6.3.2 Các thành phần của PLL

6.3.2.1 Bộ tách sóng pha (Phase Detector):

còn gọi là bộ so sánh pha. Có ba loại tách sóng pha:

1. Loại tương tự ở dạng mạch nhân có tín hiệu ra tỷ lệ với biên độ tín hiệu

vào.

BL = fmax –

fN

fmin fmax

BC = f2 –

f1 f2

8 10 1412 16MHz

Hình 6.4 Dải bắt và dải khoá

của PLL

Thuviendientu.org



77

2. Loại số thực hiện bởi mạch số EX-OR, RS Flip Flop v.v... có tín hiệu ra

biến đổi chậm phụ thuộc độ rộng xung ngõ ra tức là phụ thuộc sai lệch về pha

giữa hai tín hiệu vào.3. Loại tách sóng pha lấy mẫu.

1/ Bộ tách sóng pha tương tự:

Bộ đổi tần hay mạch nhân thực hiện nhân hai tín hiệu. Ngõ ra của nó có điện áp:

)]( t ) sin[( A )]( t ) sin[( A )t ( V iiiid 0000

Qua bộ lọc thông thấp LPF, chỉ còn thành phần tần số thấp. K hi khóa pha

( i= 0 ) có V d = Asin ( i- 0 ). Điện áp này tỷ lệ với biên độ điện áp vào A và độ

sai pha e= I - 0. Nếu e nhỏ, hàm truyền đạt của bộ tách sóng pha coi như tuyến

tính. Dải khóa giới hạn trong e < /2. Ta có độ lợi tách sóng pha k tính được

theo công thức:

k = A (V/radian)

X LPFv i = Asin( it V d (t

)

V dc(t

v i = 2cos( 0t

Hình 6.5 Nguyên lý hoạt động của bộ táchsón ha tươn t

V d

e(Radian)

A

-

/2-

Asin( e

Hình 6.6 Hàm truyền đạt của bộ táchsón ha tươn t

Thuviendientu.org



79

Điện áp sai lệch biến đổi chậm Vd tại ngõ ra bộ tách sóng pha số tỷ lệ với

độ rộng xung ngõ ra tức là tỷ lệ độ sai lệch về pha e (hay tần số tức thời) của hai

tín hiệu vào.6.3.2.2 Lọc thông thấp LPF

LPF thường là mạch lọc bậc 1, tuy nhiên cũng dùng bậc cao hơn để triệt

thành phần AC theo yêu cầu. LPF có thể ở dạng mạch thụ động hay tích cực.

Ngõ ra bộ tách sóng pha gồm nhiều thành phần f 0, f i, f i-f 0, f i+f 0, v.v...

Sau LPF chỉ còn thành phần tần số rất thấp (f i-f 0) đến bộ khuếch đại để điều

khiển tần số VCO bám theo f i. Sau vài vòng điều khiển hồi tiếp PLL được đồng

bộ (khóa pha) f i=f 0, tần số phách (f i-f 0)=0. Vòng khóa pha hoạt động chính xác

khi tần số vào f i, f 0 thấp khoảng vài trăm KHz trở lại.

6.3.2.3 Khuếch đại một chiều

Khuếch đại tín hiệu biến đổi chậm (DC) sau bộ lọc thông thấp LPF. Độ lợi

khuếch đại k A.

Rf

R1

Vd V0

kA = -

R1Rf

Vd

kA = 1 +

Re

Rc

kA = -RC / (RE

Hình 6.8 Khuếch đại m ột

Rf

C

R1R

C

Thuviendientu.org



80

6.3.2.4 VCO (Voltage controlled oscillator)

Là mạch dao động có tần số được kiểm soát bằng điện áp .

Yêu cầu chung của mạch VCO là quan hệ giữa đIện áp điều khiển Vdk (t) vàtần số ra f o(t) phải tuyến tính. Ngoài ra mạch còn có độ ổn định tần số cao, dải

biến đổi của tần sô theo điện áp vào r ộng, đơn giản, dễ điều chỉnh và thuận lợi

cho việc tổ hợp thành vi mạch (không có điện cảm).

Về nguyên tắc có thể dùng mọi mạch dao động là tần số dao động có thể

biến thiên được trong phạm vi %% 5010 xung quanh tần số dao động tự do.

Tuy nhiên các bộ dao động tạo xung chữ nhật được sử dụng rộng r ãi vì loại nàycó thể làm việc trong phạm vi tần số khá rộng (từ 1MHz đến khoảng 100MHz).

Trong phạm vi từ 1MHz đến 50MHz thường dùng các mạch dao động đa hài.

Hình 6.9 biểu diễn một mạch VCO dao động đa hài tiểu biểu. Khi nối đầu

đIều khiển Vdk với Vcc thì đây là một mạch dao động đa hài thông thường, khi

tách ra và đặt điện áp đIều khiển Vdk vào đầu đó thì tần số dãy xung ra biến thiên

+Vcc

-

Vcc

Vo,

Rc RcC C

R R

Vdk

Hình 6.9 Mạch VCOtiêu biểu

Thuviendientu.org



81

theo điện áp Vdk . Cụ thể nếu Vdk tăng thì thời gian phóng nạp của tụ giảm do đó

tần số ra tăng và ngược lại. Ta có đặc tuyến truyền đạt f o(Vdk ) được biểu diễn

như hình 6.10

Ví dụ:

Đặc tuyến truyền đạt của 1 VCO có dạng như hình vẽ. Khi điện áp vàoVCO bằng 0, tần số dao động tự do là f N. K hi điện áp điều khiển thay đổi một

lượng V0, tần số ra thay đổi một lượng f 0.

Độ lợi chuyển đổi V to f của VCO: k 0= f 0/V0 (Hz/V)

V0

f0

-2 -1 0

14

fN

Miền làmvi c

fo[KHz]

Vdk [v]

1 11 0

0 9

-5 0 5

Hình 6.10 Đặc tuyến truyền đạt fo(Vdk)tiêu bi u của VCO

Thuviendientu.org



82

Tần số f N ở giữa vùng tuyến tính đáp tuyến. Ví dụ khi điện áp vào thay đổi

từ 1V đến –1V, tần số tăng từ 60KHz đến 140KHz. Độ lợi chuyển đổi (hay độ

nhạy k 0):

V KHz V

KHz

V

f k /40

)]1(1[

)14060(

0

00

6.4 ứng dụng của vòng khoá pha PLL

6.4.1 Bộ tổng hợp tần số đơn

Như đã đề cập trong các chương trước, trong các máy phát hoặc các máy

thu đổi tần cần có các mạch dao động có thể thay đổi tần số để phát hoặc thu các

kênh khác nhau. Trước đây, người ta thực hiện thay đổi tần số mạch dao động

LC bằng cách thay đổi giá trị của L hoặc C. Lúc đó chúng được gọi là các mạch

dao động có thể thay đổi tần số VFO (Variable-frequency Oscillators). Tuy

nhiên, mạch dao động thường không có độ ổn định cao trong một dải tần số

r ộng do giá trị của L và C thường thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và các tác nhân

khác. Đồng thời chúng thường cồng kềnh và giá thành cao.

Việc sử dụng thạch anh trong mạch dao động có thể tăng độ ổn định tần số

dao động lên r ất cao, độ di tần tương đối có thể giảm đến vài phần triệu trong

khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, tần số của chúng chỉ có thể thay đổi rất nhỏ

bằng cách thay đổi các tụ nối tiếp hoặc song song. Nghĩa là nó không tạo ra

được các tần số khác biệt nhau.

Nhiều năm gần đây người ta kết hợp các mạch dao động thạch anh có tần số

ổn định với các chuyển mạch để tạo ra các tần số khác nhau cho các k ênh. Tuynhiên, giải pháp này cũng tốn nhiều linh kiện và giá thành cao.

Gần đây, người ta thiết kế và đưa vào sử dụng các bộ tổng hợp tần số dựa

trên nguyên lý vòng khoá pha PLL. Nó càng ngày càng phổ biến và được dùng

trong hầu hết các máy thu phát hiện đại do tính gọn nhẹ, không yêu cầu độ chính

Thuviendientu.org



83

xác cơ khí cao, ứng dụng các thành quả của công nghệ sản xuất vi mạch để nâng

cao tốc độ và tính chính xác của các IC chế tạo nên PLL. Đồng thời khi kết hợp

với thạch anh, nó có khả năng tạo ra dải tần rộng, độ chính xác cao, giá thànhthấp…

Bộ tổng hợp tần số đơn được thiết kế bằng cách đưa tín hiệu chuẩn từ dao

động thạch anh vào so pha một mạch PLL có bộ chia lập tr ình được như hình

6.11. Khi PLL thực hiện khoá pha, thì ta có f

f VCO

ref Suy ra oref VCO f Nf f .

Ví dụ bộ đếm lập tr ình 74192.

Điều này có ngh ĩa là khi ta thay đổi N từ bộ chia sẽ nhận được các tần số rakhác nhau. Hệ số N có thể được chọn giá trị khác nhau bằng cách thay đổi điện

áp một vài chân của IC chia. Do đó bộ tổng hợp tần số này có thể được điều

khiển dễ dàng nhờ máy tính hoặc điều khiển từ xa. Đồng thời, giảm được giá

thành và độ phức tạp so với các bộ tổng hợp tần số sử dụng L,C trước đây.

Khuyết điểm duy nhất của mạch này là nó chỉ tạo ra các tần số bằng bội số

của tần số chuẩn ref o Nf f . Chẳng hạn, khi f ref =100KHz thì mạch sẽ tạo ra đượccác tần số bằng bội số của 100KHz. Điều này phù hợp với chương tr ình phát

quảng bá FM trong đó khoảng cách giữa các k ênh bằng 200KHz. Trong khi đó,

nó không phù hợp với chương tr ình phát quảng bá AM trong đó khoảng cách

kênh là 10KHz (thạch anh không thể dao động dưới tần số 100 KHz)

Bộ táchsóng pha

LPF VCOfref f0 =

ữ Nf0/N

Bộ chia lập trình

Hình 6.11 Bộ tổng hợp tần số

Thuviendientu.org



84

Bước thay đổi tần số tối thiểu gọi là độ phân giải của bộ tổng hợp tần số.

Để khắc phục, người ta sử dụng một bộ chia cố định để chia nhỏ tần số

chuẩn trước khi đưa vào bộ tách sóng pha như hình vẽ.

Ví dụ: Hãy thiết kế bộ tổng hợp tần số PLL sử dụng thạch anh 10MHz sao cho

nó tạo ra dải tần số phát quảng bá AM từ 540 KHz đến 1700KHz.

Bộ tổng hợp tần số được biểu diễn như hình 6.13. Vì khoảng cách k ênh

trong thông tin AM là 10KHz nên ta thiết kế f ref =10KHz. Lúc đó khi N tăng hoặc

giảm 1 đơn vị thì tần số đầu ra sẽ chuyển đến k ênh k ế cận. Từ đó, ta tính được

hệ số Q như sau:

100010

10

KHz

MHz

f

f Q

ref

OSC

Tiếp đến, ta xác định dải thay đổi của N. Khi thay đổi N 1 đơn vị th ì tần số ra

thay đổi tương ứng 1 k ênh. Từ đó, ta có thể xác định giá trị N để tạo ra tần số bất

k ỳ trong dải tần AM. Chẳng hạn, tại tần số thấp nhất của băng tần:

5410540 KHz KHz

f f N

ref

o

tại tần số cao nhất của băng tần: 17010

1700

KHz

KHz

f

f N

ref

o

6.4.2 Giải điều chế FM

LPF VCO

ữ N

ữ Q

fref f0

Bộ chia lập

Hình 6.13 Bộ tổng hợp tần số có

TA

Dao độngthạch anh

Bộ chiacố định

Thuviendientu.org



86

Giải điều chế FM dùng PLL thực hiện bằng cách cài đặt tần số dao động tự

do f N bằng tần số trung tâm tín hiệu FM ngõ vào có biên độ không đổi. Trong

nhiều ứng dụng cụ thể, trước tách sóng pha PLL có mạch khuyếch đại – hạn biênđộ.

Ví dụ: IFFM=10,7MHz có PF f

C N

2810.3 1

0

Băng thông (PLL) chọn lọc tín hiệu sau LPF: 15KHz

PF B

C 88710.3,13 6

1

Chỉnh giảm = 75s

nF C D 38,910.8 3

Dải khóa và ngưỡng độ nhạy:

Điện trở R 1 điều chỉnh dải khóa và ngưỡng độ nhạy NE560. Mức tín hiệu điện

áp nhỏ nhất ngõ vào VCO mà PLL khóa pha gọi là ngưỡng độ nhạy.

BL = 15% f N trong khi FM phát thanh có độ di tần 75KHz hay 1% f N

(10,7MHz). Để giảm giải khóa, tăng giá trị

875115

10.12

1

10.12 33

1 RF

R

(RF biểu thị độ giảm dải khóa từ 15% còn 1% hay bằng 15)

6.4.3 Giải điều chế FSK

FSK- dạng đặc biệt tín hiệu FM, chỉ có hai tần số điều tần. Giải điều chế FSK liên

quan đến tách (giải mã) tín hiệu quay số điện thoại nút nhấn và truyền tín hiệu số FSK.

Ngõ ra của PLL dùng cho giải điều chế FSK là hai mức điện áp.

PhaseDetector

LPF

VCO

Hình 6.16 Giải điều chế FSK dùng PLL

>

FSK input

Giải điềuchế FSK

Thuviendientu.org



87

6.4.4 Đồng bộ tần số ngang và dọc trong TV

6.4.5 Giải điều chế AM

Tín hiệu AM có dạng V AM (t) = V 1T [1+m(t)]cos 0t . Trong đó tín hiệu điều

chế thấp m(t) = V mcos mt có thể được giải điều chế bằng cách nhân với tín hiệu

sóng mang V LO(t) =Acos( 0t + 0 )

V(t) = V AM (t).V LO(t) = V 1T [1+m(t)]cos 0t.Acos( 0t + 0 )

)]t cos( [cos )]t ( m[ A.V

)t ( V T 000

1 22

1

Qua LPF còn thành phân tần số thấp ở ngõ ra

01

0 12

cos )]t ( m[ A.V

)t ( V T

V0(t) tỷ lệ với m(t) tức là tỷ lệ với tín hiệu giải điều chế AM. Đây là kiểu

tách sóng AM tr ực tiếp không cần đổi tần, có ưu điểm không dùng trung tần,

PhaseDetector LPF VCO

fsyn

Hình 6.17 mạch đồng bộ tần số

f0 =

LPF

V0(t)V(t)VAM(t)

VLO(t) = Acos(0t + 0)

Thuviendientu.org



88

không cần chọn lọc tần số ảnh. Để biên độ tín hiệu ra lớn nhất thì góc pha 0

phải bằng 0, dao động nội VLO(t) phải khóa pha với sóng mang, kiểu giải điều

chế này còn gọi là tách sóng đồng bộ hay tách sóng nhất quán (coherentDetector), có chất lượng hơn tách sóng không nhất quán khi tỷ số S/N nhỏ.

6.4.6 Sử dụng trong FM Stereo

6.4.6.1 Sơ đồ khối máy phát FM Stereo

K Đ Tầngđiện

Dđộgchín

Nhân

K ĐCao

Lọchài

AFC Dđộg

Chuẩ

K ĐL + BPF

K ĐR Đảoha

+ BPF Đccân

DđộgfSC

Chia 2

+

PhaseDetecto

LPFDC

Amp.

VCO

LPF

Hình 6.18 Giải điều chếAM

Thuviendientu.org



89

Thành phần trong từng khối:

L+R: FM mono

(L-R)DSB: FM Stereo

(L-R)DSB được điều chế cân bằng triệt sóng mang (điều biên nén SAM)nhờ một sóng mang phụ fsc=38KHz.

Sóng báo: để thông báo cho máy thu biết được chương tr ình đang nhận là

Mono hay Stereo.

Nếu không có sóng báo thì chương tr ình đang nhận là FM Mono

Nếu có sóng báo thì chương tr ình đang nhận là FM Stereo. Nếu chất lượng

sóng FM Stereo chất lượng kém thì sóng báo sẽ khoá đường giải mã FM Stereo

và máy thu làm việc như khi thu chương tr ình FM Mono.

Người ta thường sử dụng phương pháp PLL để tạo sự đồng bộ của fsc giữa

máy phát và máy thu để máy thu thực hiện được quá tr ình giải mã FM Stereo tại

máy thu.

Ngoài ra còn có tín hiệu gọi là sóng thuê bao tần số f=67KHz

Hoạt động của mạch:

Tín hiệu từ 2 micro L và R sẽ được 2 tầng khuếch đại micro nâng biên độ.

Mạch cộng thứ nhất cộng 2 tín hiệu L và R cho ra tín hiệu L+R dành cho máy

thu FM Mono.

Tín hiệu (L+R) sau đó đi qua mạch lọc băng thông để lọc lấy tín hiệu có dải

tần số từ 30Hz đến 15KHz và đưa vào mạch cộng tổng hợp.

Thuviendientu.org



90

Trong khi đó bộ cộng thứ 2 sẽ cộng tín hiệu L và tín hiệu R sau khi đã đảo

pha 1800 để tạo ra tín hiệu (L-R), sau đó qua mạch lọc băng thông để lọc lấy tín

hiệu trong dải tần từ 30Hz đến 15KHz. Tín hiệu này được đưa qua mạch điềuchế cân bằng với tần số sóng mang phụ fsc = 38KHz (bằng dao động thạch anh)

dùng cho máy thu FM stereo.

Đồng thời dao động sóng mang phụ fsc = 38KHz được chia đôi và hạn biên

để tạo thành sóng báo có tần số fps = 19KHz để cho máy thu biết được chương

trình đang thu là FM stereo hay mono.

Ba tín hiệu (L+R), (L-R)DSB và fps=19KHz được bộ cộng thứ 3 tạo thànhtín hiệu tổng hợp. Qua tầng khuếch đại và tầng đIện kháng nhằm thay đổi điện

dung tương đương, sau đó nó đựoc vào tầng dao động sóng mang chính để biến

đổi thành tín hiệu FM, qua bộ nhân tần, Khuếch đại cao tần, lọc hài để laọi bỏ

các hài bậc cao. Cuối cùng được đưa ra anten để bức xạ ra anten truyền trong

không gian và đến máy thu.

Bộ AFC nhằm so sánh giữa tần số dao động chuẩn và tần số sóng mang

chính để luôn luôn ổn định tần số của sóng mang chính nhằm nâng cao chất

lượng của đài phát.

6.4.6.2 Phổ của tín hiệu FM Stereo

10%

50%

100%

30Hz15KHz

19KHz23KHz

37,97KH38,03KH

53KHz 67KHz

Hình 6.20 Phổc

ủa tín hi

ệu FM Stereo

f

Thuviendientu.org



91

6.4.6.3 Sơ đồ khối máy thu FM Stereo

Mạch AFC có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động fsc = 38KHz và kiểm soát

cho dao động chạy đúng tần số và pha của đài phát để đưa vào mạch giải mã FM

Steero. Tín hiệu sóng báo fps=19KHz vừa để báo cho máy thu biết được đài

đang phát là FM Stereo hay mono và gửi đến máy thu để kiểm soát tần số dao

động fsc=38KHz ở máy thu chạy đúng với tần số và pha của đài phát.Hoạt động của mạch:

Tín hiệu FM stereo sẽ được bộ tách sóng FM Mono tách ra từ tín hiệu trung

tần. Đó là tín hiệu FM stereo tổng hợp gồm 4 thành phần: (L+R), (L-R)DSB,

19KHz và 67KHz.

+ Tín hiệu FM stereo tổng hợp (L+R) sau đó qua mạch lọc băng thông có

tần số từ 30Hz đến 15KHz để tạo lại tín hiệu (L+R) và đưa vào khối ma trận.

+ Tín hiệu tổng hợp qua mạch khuếch đại băng thông, thường là mạch cộng

hưởng để lấy thành phần(L-R)DSB stereo và đưa vào bộ giải mã FM stereo.

f

LọcBgthôn

LọcBgthôn

Giảimã FMSter

Matrận

TiềnK Đ

K ĐCSL

K ĐCao

Trộntần

Daođộng

K ĐTT1

K ĐTT2

K ĐTT3

TáchsóngFM

(L+R)

(L-R)DSB

(L-R)

Thuviendientu.org



92

+ Tín hiệu sóng báo fps=19KHz cũng được tách ra nhờ bộ tách sóng

19KHz, thường là mạch lọc dải hẹp chỉ cho qua tín hiệu hình sine tần số 19KHz.

Sau đó nó được nhân đôi tần số để phục hồi lại sóng mang phụ fsc=38KHz dựa

vào nguyên tắc hoạt động của vòng khoá pha PLL.

+ Ngoài ra tín hiệu sóng báo cũng sẽ điều khiển đèn báo để cho máy thu

biết được chương tr ình đang thu là FM stereo hay mono.

+ Bộ giải mã FM stereo nhân hai tín hiệu (L-R)DSB và sóng mang phụ

fsc=38KHZ để tạo ra tín hiệu (L-R) tại đầu ra. Sau đó, đưa vào khối ma trận, kết

hợp với tín hiệu (L+R) để tạo ra tín hiệu L và R, qua 2 mạch khuếch đại âm tần

và phát ra ở 2 loa riêng r ẽ, tạo thành tín hiệu FM stereo.

6.4.6.4 Ứng dụng PLL trong việc giải mã FM Stereo

Chia2

Chia2

VCO76KH

Táchsóg

Điều

Giảimã FM

Táchsóng

Matr n

K ĐL

VCC

(L-R)

Thuviendientu.org



93

Khoá K để mở và khoá nguồn cung cấp cho mạch giải mã FM Stereo.

Trong trường hợp thu chương FM Mono hoặc chương tr ình FM Stereo nhưng

chất lượng kém không đạt yêu cầu thì khoá K sẽ khóa k hông cho nguồn VCC

cung cấp điện áp cho mạch giải mã FM Stereo, hạn chế nhiễu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Giáo trình điện tử thông tin-PGSTS Phạm HồngLiên-NXB Khoa học và kỹ thuật-1998

Thuviendientu.org

thiet bi thu phat 1

Documents