Kỹ thuật truyền thanh 6

Kỹ thuật truyền thanh Trang
CHƯƠNG VI
MẠCH DAO ĐỘNG, PHÁT TÍN HIỆU VÀ TỔNG HP TẦN SỐ
Các hệ thống truyền thanh và truyền tin hiện đại yêu cầu có dạng sóng sin hay
không sin có tần số ổn đònh, có khi còn yêu cầu cả một mạng rất nhiều sóng có tần số
vừa ổn đònh, vừa có quan hệ liên kết nhau. Quan hệ hệ tần số liên kết nhau có thể được
minh họa bởi một hệ thống nhiều bánh răng có tốc độ quay quan hệ liên kết nhau tỷ lệ
nghòch với số răng của mỗi bánh. Do vậy mạch dao động, mạch đồng bộ tần số, mạch
tổng hợp tần số là các thành phần quan trọng của kỹ thuật truyền thanh và truyền tin.
I. Mạch dao động:
1.Nhắc lại nguyên lý mạch dao động:
Nguyên lý mạch dao động có đường hồi tiếp âm đã được nói đến ở môn Điện tử cơ
bản. Do vậy, phần này chỉ nhắc lại vấn đề một cách ngắn gọn.
Nếu đưa đến ngõ vào của mạch
khuếch đại có hệ số khuếch đại điện áp A
v
một tín hiệu điện áp V
i
thì lại ngõ ra ta có
V
o
= A
v
V
i
. Nếu muốn vẫn có tín hiệu ra V
o
mà không cần điện áp vào V
i
thì phải lấy
một phần bằng tỷ số β của tín hiệu ra tức

βV
o
, đưa trở lại ngõ vào thay thế cho tín
hiệu V
i
. Muốn có điện áp ra V
o
giống như
khi có V
i
vào mạch khuếch đại thì phải
thỏa mãn điều kiện (H.VI-1)
βV
o
= V
i
.
Nếu thay V
o
= A
v
V
i
thì:
βV
o
= βA
v
V
i

= V
i
.
Vậy điều kiện là: βA
v
= 1 (Đk Barkhausen)
Điều kiện này là điều kiện Barhausen. Nếu β và A
v
đếu đặc trưng cho quan hệ
biên độ lẫn góc pha của các tín hiệu ra và vào khối hồi tiếp và mạch khuếch đại thì điều
kiện Barhausen:
βA
v
= 1 là điều kiện cân bằng pha và điều kiện cân bằng biên độ:
( )



=
=
→=
1
0arg
1
v
v
v
A
A
A

β
β
β
Điều kiện cân bằng pha không có điều gì cần giải thích thêm nhưng điều kiện cân
bằng biên độ cần phải được nói thêm cho phù hợp với thực tế.
Khi cấp điện cho mạch dao động có đường hồi tiếp, nếu điều kiện cân bằng biên
độ được thỏa thì mạch không bao giờ khởi động, vì như vậy về lý thuyết biên độ dao
động của mạch ổn đònh ở mức khởi động là bằng không. Như vậy để cho mạch có thể
khởi động thì |
β
A| phải lớn hơn một để biên độ có thể tăng từ không cho đến khi biên độ
75
A
v
β
β: khối hồi tiếp
Ra
V
o
Vào
V
i
(H.VI-1)
(điều kiện cân bằng pha)
(điều kiện cân bằng biên độ)
Trang 76 Nguyễn Xuân Khai
đạt mức cần thiết thì hệ số khuếch đại vòng hở |βA| giảm xuống bằng 1 để có biên độ
dao động ổn đònh.
Để hiểu rõ điều kiện cân bằng pha và biên độ ta nghiên cứu mạch dao động cầu
Wien và mạch dao động dòch pha.

2.Mạch dao động cầu Wien (H.VI-2):
với
jC
RZ
ω
1
11
1
+=
;
jCR
R
Z
ω
22
2
2
1
+
=
;
jC
R
jC
R
Z
ω
ω
2
2

2
2
2
1
1
+
=
Thông thường ta chọn C
1
= C
2
= C; R
1
= R
2
= R.
Vậy:
j
C
CRR
R






−+
=
ω

ω
β
1
3
2
.
Vậy điều kiện Barhausen là:
1.
1
3
2
=
+






−+
=
i
if
v
R
RR
j
C
CRR
R

A
ω
ω
β
Điều kiện cân bằng pha là:
Arg(
β
A
v
) = 0; vậy
0
1
2
=−
ω
ω
C
CR
hay
RC
f
π
2
1
=
;
RC
1
=
ω

Điều kiện cân bằng biên độ là:
khi
0
1
2
=−
ω
ω
C
CR
3
1
3
==⇒
R
R
β
|
β
A
v
| = 1 hay
3
==
+
v
i
if
A
R

RR
Để |
β
A
v
| > 1 tức A
v
> 3, lúc khởi động R
i
được thay bằng một mạch điện trở phụ
thuộc vào biên độ dao động. Khi biên độ dao động bằng không lúc khởi động thì
Mạch dao động gồm mạch khuếch đại có hệ
số khuếch đại bằng:
i
if
v
R
RR
A
+
=
Khối hồi tiếp có hàm truyền hồi tiếp bằng:
2
21
Z
ZZ
+
=
β
Ra

Vào mạch
khuếch đại
Ra mạch
khuếch đại
Vi
Vo
R1
C1
R2
C2
Rf
Ri
+
Mạch
khuếch
đại
Khối
hồi
tiếp
H.VI-2
Kỹ thuật truyền thanh Trang
3
>
+
=
i
if
v
R
RR

A
. Khi biên độ dao động tăng và đạt mức yêu cầu thì R
i
tăng đến
mức
3
=
+
=
i
if
v
R
RR
A
.
3. Mạch dao động lệch pha:
H.VI-3
Nút có điện áp V
2
:
0
.
2
.
.
2
.
2
.

1
=






−+−






−
jCVV
R
V
jCVV
ra
ωω
β
(2)
Nút có điện áp V
ra
β
:
0
..

1
.
2
=+






−
β
ω
ra
VjCVV
(3)
Sau khi loại V
1
và V
2
ta có hàm truyền của khối β bằng:
j
CR
R
CR
C
C
V
V
vao

ra






−+−
==
2232
.
.
165
ωω
ω
ω
β
β
β
.
Điều kiện Barhausen là:
1.
165
2232
=









−






−+−
=
i
f
v
R
R
j
CRRCR
C
C
A
ωω
ω
ω
β
.
Điều kiện cân bằng pha cho biết tần số dao động:
0
16

223
=−
ω
CRR
hay
62
1
RC
f
π
=
.
Điều kiện cân bằng biên độ cho biết hệ số khuếch đại tối thiểu của mạch khuếch
đại: |
β
A
v
| = 1 tức |
β
| = 1/29 hay A
v
= -29.
77
Mạch dao động gồm:
- Mạch khuếch đại đảo pha có hệ số khuếch đại
bằng:
i
f
v
R

R
A −=
.
- Khối hồi tiếp β có hàm truyền hồi tiếp được tính
từ ba phương trình Kirchoff (H.VI-3)
Nút có điện áp V
1
:
0
.
1
.
2
.
1
.
1
.
=






−+−







−
jCVV
R
V
jCVV
vao
ωω
β
Ra
Vi
Vo
R
C
R
C
R
C
RfRi
+
V
ra
β
V
vào
β
V
2
V

1
Trang 78 Nguyễn Xuân Khai
4. Mạch dao động ba điểm:
Các mạch dao động có khung dao động ba điểm theo sơ đồ tổng quát sau đây:
(H.VI-4a, b).
H.VI-4
Ta có:
to
t
io
ZR
Z
VKV
+
=
..
.
; R
o
đặc trưng cho tổng trở ra của mạch khuếch đại.
( )
( )
231
231
231
231
.
)(
ZZZ
ZZZ

R
ZZZ
ZZZ
K
ZR
ZK
jA
o
to
t
v
++
+
+
++
+
=
+
=
ω
( )
( ) ( )
231
231
231
21
231
231
231
231

31
1
.)(
ZZZ
ZZZ
R
ZZZ
ZZ
K
ZZZ
ZZZ
R
ZZZ
ZZZ
K
ZZ
Z
jA
oo
v
++
+
+
++
=
++
+
+
++
+

+
=
ωβ
Theo điều kiện Barhausen:
( ) ( )
1
.
)(
231231
21
=
++++
=
ZZZZZZR
ZZK
jA
o
v
ωβ
Thay Z = Xj, ta có:
( ) ( )
1
.
231231
21
=
+−++
−
XXXXXXR
XXK

o
Điều kiện cân bằng pha: X
1
+X
2
+X
3
= 0.
Điều kiện cân bằng biên độ:
( )
1
.
2
1
231
21
=−=
+
X
X
K
XXX
XXK
K
K.V
i
V
i
Z
3

Z
1
Z
2
V
i
V
o
R
o
ngõ vào mạch
khuếch đại
ngõ ra khối
hồi tiếp
ngõ vào khối
hồi tiếp
ngõ ra mạch
khuếch đại
K
Z
3
Z
1
Z
2
R
o
V
o
b)

K.V
i
V
i
khối hồi tiếp
Z
t
( )
321
231
ZZZ
ZZZ
Z
t
++
+
=
31
1
ZZ
Z
+
=
β
Kỹ thuật truyền thanh Trang
Vậy:
1
2
X
X

K
−=
a. Nếu dùng mạch khuếch đại đảo, K < 0 thì:
0
1
2
>
X
X
, như vậy X
2
và X
1
phải là cùng một điện kháng.
X
1
+ X
2
+ X
3
= 0.
X
1
+ X
2
= -X
3
X
3
phải là điện kháng khác loại với X

1
và X
2
nếu X
3
= L
3
ω thì
ω
1
1
1
C
X −=
;
ω
2
2
1
C
X −=
;






−
=

ω
C
j
Z
ta có mạch dao động Colpitts có sơ đồ H.VI-5a và H.VI-5b:
H.VI-5
Điều kiện cân bằng pha cho:
0
11
3
21
=+−−
ω
ωω
L
CC
;
321
21
2
LCC
CC
+
=
ω
;
3
21
21
2

1
L
CC
CC
f
+
=
π
Điều kiện cân bằng biên độ cho :
2
1
1
2
1
2
1
1
C
C
C
C
X
X
K
−=
−
−
−=−=
ω
ω

Khối khuếch đại K có thể là bất cứ mạch khuếch đại dùng linh kiện nào khác lắp
thành mạch khuếch đại đảo như transistor trường, mạch khuếch đại thuật toán v.v...
Nếu
ω
3
3
1
C
X −=
;








−
=
ω
3
3
C
j
Z
thì X
1
= L
1

ω; X
2
= L
2
ω ta có mạch dao động
Hartley như H.VI-6a, b.
79
a )
V o
V i
C3
Ro
L2
L1
-K
b )
V o
V i
Vcc
CE
RB1
RB2
RE
Co
Ci
C3
L2
L1
Q
RFC

H.VI-6
V i
V o
b )
L3
C2
Vcc
CE
Co
Ci
C1
Q
RFC
RB1
RB2
RE
a )
V o
V i
C1
L3
C2
Ro
-K
K.V
i
Trang 80 Nguyễn Xuân Khai
Điều kiện cân bằng pha cho:
X
1

+ X
2
+ X
3
= 0 .
0
1
3
21
=−+
ω
ωω
C
LL
;
( )
321
2
1
CLL
+
=
ω
;
( )
321
2
1
CLL
f

+
=
π
Điều kiện cân bằng biên độ cho:
1
2
1
2
1
2
L
L
L
L
X
X
K
−=−=−=
ω
ω
Cũng như mạch Colpitts, khối K có thể là bất cứ linh kiện nào lắp thành mạch
khuếch đại đảo như transistor trường, mạch khuếch đại thuật toán v.v...
b. Nếu dùng mạch khuếch đại không đảo: K > 0 thì
1
2
X
X
K
−=
; X

2
và X
1
phải khác dấu tức là khác loại điện kháng, kết hợp vơí X
1
+ X
2
+ X
3
= 0, ta có các mạch sau đây được gọi chung là mạch dao động điều hợp ngõ ra
điều hợp ngõ vào: (H.VI-7a, b, c, d)
H.VI-7
Bốn sơ đồ trên không phải tất cả đều thực hiện được vì khi thực hiện còn phải
nghiên cứu đến vấn đề dung hợp tổng trở với ngõ vào ngõ ra của khối khuếch đại liên
quan đến các linh kiện và sơ đồ khuếch đại.
Sơ đồ H.VI-7c đã được thực hiện với dạng
H.VI-8, được gọi là sơ đồ mạch dao động Colpitts ở
một số tài liệu.
Một số tài liệu phân loại tất cả các mạch dao
động trên thành hai loại, là loại ba điểm dung và loại
ba điểm điện cảm.
Ở mạch H.VI-8 kiện cân bằng pha cho:
b )
V i
V o
L1
C2
L3
Ro
c )

V o
V i
C3
L2
C1
Ro
a )
V o
V i
L2
C1
L3
Ro
+K +K
d )
V o
V i
C3
L1
C2
Ro
+K -K
V i
V o
Vcc
C3
C1
Q
L2
RB1

RB2
RE
+
Kỹ thuật truyền thanh Trang
0
11
2
31
=+−−
ω
ωω
L
CC
;
231
31
2
LCC
CC
+
=
ω
;
2
31
31
2
1
L
CC

CC
f
+
=
π
Điều kiện cân bằng biên độ cho:
3
31
2
12
1
2
1
2
1
C
CC
CL
C
L
X
X
K
+
==
−
−=−=
ω
ω
ω

Mạch H.VI-8 làm việc tốt ở tần số VHF, thường được thấy ở Micro không dây.
5.Các mạch dao động ghép hỗ cảm:
Các máy thu yêu cầu mạch dao động ghép hỗ cảm có một khung dao động LC có
thể đổi tần số bằng cách dùng một tụ điện biến đổi có một điện cực nối đất. Sau đây là
các mạch dao động dùng trong máy thu thanh.
a. Mạch dao động điều hợp cực phát (H.VI-9):
Khối khuếch đại dùng transistor nối đất cực khiển, khung dao động LC ở cực phát
transistor. Tần số dao động của mạch bằng :
00
2
1
CL
f
π
=
.
C
o
là điện dung của tụ điện biến đổi C
Vo
mắc song song với tụ điện tinh chỉnh To của
khung dao động L
o
C
o
. Khung này được ghép hỗ
cảm với cuộn L nối vào cực thu của transistor.
Bộ biến áp ghép hỗ cảm là đường hồi tiếp dương
đưa tín hiệu hồi tiếp vào cực phát là ngõ vào
mạch khuếch đại transistor có cực khiển nối đất.

Tụ điện biến đổi C
Vo
, tụ điện tinh chỉnh T
o
và lõi
Ferit F
o
dùng để chỉnh phạm vi thay đổi tần số
dao động.
(lưu ý cực tính điện áp tại ngõ vào và ra mạch khuếch đại).
b. Mạch dao động điều hợp cực phát (H.VI-10):
Khung dao động LC xác đònh tần số dao động bằng:
00
2
1
CL
f
π
=
; C
o
: điện dung tương đương với C
Vo
và T
o
mắc song song.
Tụ điện C
vo
, T
o

và lõi Ferit có công dụng như ở khung dao động LC (H.VI-9). Tín
hiệu hồi tiếp được ghép từ cực thu (ngõ ra mạch khuếch đại) qua cực khiển của transitor
Q (ngõ vào) bằng hồ cảm. (Lưu ý cực tính điện áp ngõ vào và ra mạch khuếch đại C nối
đất khác với mạch B nối đất ở H.VI-9).
81
H.VI-8
L o
L
m
F o
V o
Vcc
C3
To
Q
RB1
RB2
RE Cvo
H.VI-9
V
i