Điện tử tương tự-Chương 5: Trộn tần pot

70
CHặNG 5
TRĩN TệN
5.1 ởnh nghộa
5.1.1 ởnh nghộa
Trọỹn tỏửn laỡ quaù trỗnh taùc õọỹng lón hai tờn hióỷu sao cho trón õỏửu ra cuớa bọỹ trọỹn nhỏỷn
õổồỹc tờn hióỷu tọứng hoỷc hióỷu cuớa hai tờn hióỷu õoù.
Goỹi : f
ns
: laỡ tỏửn sọỳ cuớa tờn hióỷu ngoaỷi sai
f
th
: laỡ tỏửn sọỳ cuớa tờn hióỷu cỏửn trọỹn vồùi f
ns

f
tg
: laỡ tỏửn sọỳ trung gian lỏỳy ồớ õỏửu ra cuớa bọỹ trọỹn tỏửn.
5.1.2 Nguyón từc
Khi tờn hióỷu ngoaỷi sai vaỡ tờn hióỷu hổợu ờch õổa vaỡo phỏửn tổớ phi tuyóỳn thỗ doỡng õióỷn
tọứng hồỹp õổồỹc khai trióứn theo chuọựi Taylo.
i = a
o
+ a
1
v + a
2
v
2
+ a

n
v
n
+
Trong õoù : v = v
ns
+ v
th

Giaớ sổớ : v
ns
= V
ns
cos
ns
t
v
ns
= V
th
cos
th
t
i = a
o
+ a
1
(V
ns
cos

ns
t + V
th
cos
th
t) + )VV(
2
a
2
th
2
ns
2
+ +
+
2
a
2
(
2
ns
V cos 2
ns
t + (
2
th
V cos2
th
t) + a
2

V
ns
V
th
[cos(
ns
+
th
)t+cos (
ns
-
th
)t
Tờn hióỷu ra gọửm coù thaỡnh phỏửn mọỹt chióửu, thaỡnh phỏửn cồ baớn : (
ns
,
th
,
ns

th
,
2
ns
, 2
th
. Ngoaỡi ra coỡn coù caùc thaỡnh phỏửn bỏỷc cao.
= | r
ns
m

th
|
Khi m, n = 1 =
ns

th
: bọỹ trọỹn tỏửn õồn giaớn
m, n > 1 bọỹ trọỹn tỏửn tọứ hồỹp.
Thọng thổồỡng ta choỹn bọỹ trọỹn tỏửn õồn giaớn.

71
5.2 Maỷch trọỹn tỏửn
5.2.1. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng Diode
ặu õióứm : õổồỹc ổùng duỷng rọỹng raợi ồớ moỹi tỏửn sọỳ, õỷc bióỷt ồớ phaỷm vi tỏửn sọỳ cao (trón
16Hz). Nhổồỹc õióứm : laỡm suy giaớm tờn hióỷu.


a)





b)

c)







Hỗnh 5.1. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng diode
a. Maỷch trọỹn tỏửn õồn. b. Maỷch trọỹn tỏửn cỏn bũng
c. Maỷch trọỹn tỏửn voỡng.
v
ns
v
th
v
ns
v
tg
v
ns
v
tg
v
th
v
th
v
tg

72
5.2.1.1. Sồ õọử trọỹn tỏửn õồn :








Theo õỷc tuyóỳn lyù tổồớng hoùa cuớa diode ta vióỳt õổồỹc quan hóỷ :
i =



<

0vkhi0
0vkhiv.s

Trong õoù : s =
iu
i
R
1
d
d
=
= G

i

Vỗ õióỷn aùp ngoaỷi sai laỡ haỡm tuỏửn hoaỡn theo thồỡi gian, nón họự dỏựn laỡ mọỹt daợy
xung vuọng goùc vồùi õọỹ rọỹng phuỷ thuọỹc vaỡo goùc cừt . Vồùi õióứm õốnh choỹn taỷi gọỳc toỹa
õọỹ =
2

.
Theo chuọựi Fourier ta tờnh õổồỹc bión õọỹ hai bỏỷc n cuớa S :
S
n
= S.
n
n
si
n
2
)t(dtncosS
2
ns
o
ns


=

Thay =
2

vaỡ giaớ thióỳt n = 1 ta tờnh õổồỹc họự dỏựn trọỹn tỏửn :
S
tt
=

=
S
S
2
1
n

Tổồng tổỷ õióỷn dỏựn trọỹn tỏửn õổồỹc xaùc õởnh :
G
itt
= G
io
=



=


o
nsi
S

)t(dG
1
Vồùi =
2

thỗ G
itt
=
2
S

Chuù yù : õóứ chọỳng taỷp ỏm ngoaỷi sai, thổồỡng duỡng sồ õọử trọỹn tỏửn cỏn bũng.

v

S

S

i


nst

ns

/2

Hỗnh 5.2. ỷc
t

uyóỳn cuớa diode vaỡ daỷng soùng tờn hióỷu

73
5.2.1.2. Sồ õọử trọỹn tỏửn cỏửn bũng :
ióỷn aùp tờn hióỷu õỷt lón hai diode ngổồỹc pha.
ióỷn aùp ngoaỷi sai õỷt lón hai diode õọửng pha.
V
th
D
1
= V
th
cos
th
t
V
th
D
2
= V
th
(cos
th
t + )
V
ns
D
1
= V
ns D2

= v
ns

Doỡng õióỷn trung tỏửn taỷo ra õi qua caùc diode :
itg
1
= Itg
2
cos (
ns
-
th
) t
itg
2
= + Itg
2
cos (
ns
-
th
) t - = Itg
2
cos [(
ns
-
th
) t - ]
= Itg
2

cos [ - (
ns
-
th
)] = - Itg
2
cos [
ns
-
th
] t
= Itg
2
cos [
ns
-
th
] t
Trón maỷch cọỹng hổồớng ra ta õổồỹc :
itg = itg
1
- itg
2
= 2 Itg.cos
tg
t
5.2.1.3. Maỷch trọỹn tỏửn voỡng
Gọửm 2 maỷch trọỹn tỏửn cỏn bũng mừc nọỳi tióỳp. Trón õỏửu ra sồ õọử naỡy chố coù caùc
thaỡnh phỏửn tỏửn sọỳ
ns

th
coỡn caùc thaỡnh phỏửn khaùc õóửu bở khổớ do õoù dóự taùch õổồỹc
thaỡnh phỏửn tỏửn sọỳ trung gian mong muọỳn.
5.2.2. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng phỏửn tổớ khuóỳch õaỷi
5.2.2.1. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT









v
th
~
~
v
ns
~ ~
v
th
v
ns
Hỗnh 5.3. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT
Mừc BC vồùi V
ns
õỷt vaỡo emitồ

Hỗnh 5.4. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT
Mừc BC vồùi V
ns
õỷt vaỡo bazồ

74







ỷc õióứm cuớa sồ õọử BC :
- Phaỷm vi tỏửn sọỳ cao vaỡ sióu cao vỗ tỏửn sọỳ giồùi haỷn cuớa noù cao.
- Hóỷ sọỳ truyóửn õaỷt cuớa bọỹ phỏỷn trọỹn tỏửn thỏỳp hồn so vồùi sồ õọử EC.
Caùc sồ õọử khaùc nhau ồớ caùch õỷt õióỷn aùp ngoaỷi sai vaỡo BJT:
Trón cồ sồớ sồ õọử nguyón lyù, ngổồỡi ta õaợ thióỳt kóỳ nhióửu loaùiồ õọử thổỷc tóỳ khaùc
nhau nhổ dổồùi õỏy :
A. Trọỹn tỏửn duỡng BJT mừc theo BC









A) Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT õồn mừc theo BC vồùi õióỷn aùp ngoaỷi sai v

ns
õỷt vaỡo
bazồ
C
1
, C
3
: tuỷ lión laỷc; C
2
L
2
: cọỹng hổồớng V
th
; C
4
: nọỳi masse V
th
.
ióỷn aùp u
ns
gheùp loớng vồùi bazồ õóứ traùnh aớnh hổồớng tổồng họự giổợa maỷch tờn hióỷu
vaỡ maỷch ngoaỷi sai.

-V
CC
v
ns
v
tg
v

th
C
5
L
5
L
4
R
4
R
3
R
2
L
1
L
2
C
4
C
3
C
2
C
1
R
1
Hỗnh 5.7. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT õồn
mừc BC vồùi V
ns

õỷt vaỡo bazồ
Hỗnh 5.5. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT
Mừc EC vồùi V
ns
õỷt vaỡo bazồ
~
~
v
th
v
ns
Hỗnh 5.6. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT
Mừc EC vồùi V
ns
õỷt vaỡo emitồ
~ ~
v
th
v
ns

75
B. Trọỹn tỏửn duỡng BJT õồn mừc theo EC

B) Maỷch õióỷn trọỹn tỏửn duỡng BJT õồn mừc EC vồùi v
ns
ồớ bazồ.
ióỷn aùp v
ns
õổồỹc õỷt vaỡo bazồ qua õióỷn trồớ nhoớ R
3
:10 - 50, õióỷn trồớ naỡy coù taùc
duỷng nỏng cao õióỷn trồớ mỷt gheùp r
bb
cuớa BJT, do õoù nỏng cao õổồỹc õọỹ tuyóỳn tờnh cuớa
õỷc tuyóỳn BJT.
C. Tỏửng trọỹn tỏửn tổỷ õọỹng











BJT vổỡa laỡm nhióỷm vuỷ trọỹn tỏửn vổỡa taỷo dao õọỹng ngoaỷi sai.
V
ns
õổồỹc taỷo nhồỡ quaù trỗnh họửi tióỳpdổồng vóử E qua L
2

vaỡ L
3

V
th
õổồỹc õỷt vaỡo bazồ cuớa BJT qua bióỳn aùp vaỡo
C
1,
L
1
taỷo thaỡnh khung cọỹng hổồớng nọỳi tióỳp õọỳi vồùi tỏửn sọỳ trung gian. Nhồỡ õoù v
tg

bở ngừn maỷch ồớ õỏửu vaỡo, traùnh õổồỹc hióỷn tổồỹng trọỹn tỏửn ngổồỹc.
-V
CC
C
6
v
tg
C
7
L
5
L
4
C
5
v
th

L
1
L
2
C
1
R
1
C
2
C
3
C
4
R
2
R
3
R
4
v
ns
Hỗnh 5.8. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng BJT õồnmừc EC vồùi V
ns
õỷt vaỡo bazồ
V
CC

L
2
C
4
v
tg
L
2
L
3
L
4
C
6

C
5
R
3
C
3
L
1
L
1
R
1
R
2
C

1
C
3
v
th
Hỗnh 5.9. Maỷch trọỹn tỏửn tổỷ õọỹng

76
óứ traùnh aớnh hổồớng tổồng họự giổợa v
th
vaỡ v
ns
,
ngổồỡi ta kóỳt cỏỳu maỷch dổồùi daỷng sồ õọử cỏửu,
trong õoù :
R
e,
C
e
laỡ phỏửn tổớ kyù sinh cuớa maỷch vaỡo BJT.
Khi cỏửu cỏn bũng thỗ khọng coỡn tọửn taỷi sổỷ
lión hóỷ giổợa v
th
vaỡ v
ns
trón L
3
caớm ổùng sang
L
2

gỏy aớnh hổồớng õóỳn v
ns

D. Trọỹn tỏửn õỏứy keùo




a)





b)






ặu õióứm cuớa maỷch trọỹn tỏửn õỏứy keùo so vồùi sồ õọử õồn :
- Meùo phi tuyóỳn nhoớ (hai bỏỷc chừn bở trióỷt tióu) - Phọứ tờn hióỷu ra heỷp.
- Lión hóỷ giổợa tờn hióỷu vaỡ maỷch ngoaỷi sai ờt. - Khaớ nng õióửu chóỳ giao thoa thỏỳp.
Vỗ nhổợng ổu õióứm õoù, nón loaỷi maỷch naỡy hay õổồỹc duỡng trong bọỹ trọỹn tỏửn maùy
phaùt. Trong sồ õọử õỏứy keùo (A), do caùch mừc maỷch nón õióỷn aùp vaỡo T
1
, T
2
lỏửn lổồỹt laỡ :

B
.
A
E


L
3
L
2
C
e
R
e
v
ns
R
3
R
1
C
1
v
th
v
tg
C
2
C
3

R
5
R
4

R
2

T
2
T
1
Hỗnh 5.10. Maỷch trọỹn tỏửn õỏứy keùo
a. Sồ õọử nguyón lyù b. Maỷch trọỹn tỏửn õỏứy keùo EC
V
CC
V
tg
C
v
ns
v
th
T
2
T
1

77

=
+=
thns2
thns1
vvv
vvv
Doỡng õióỷn ra : i
c
= i
c1
- i
c2

Vồùi : i
c1
= a
o
+ a
1
(v
ns
+ v
th
) + a
2
(v
ns

+ v
th
)
2
+
i
c2
= a
o
+ a
1
(v
ns
- v
th
) + a
2
(v
ns
- v
th
)
2
+
i
c
= 2a
2
v
th

+ 4a
2
v
th
.v
ns
+ 2a
3
3
th
v + 6a
3
v
th
.v
ns
+
Thay v
ns
= V
ns
.cos
ns
t , V
th
= V
th
.cos
th
t vaỡ bióỳn õọứi ta thỏỳy trong doỡng õióỷn ra coù caùc

thaỡnh phỏửn tỏửn sọỳ :
th
, 3
th
,
ns

th
vaỡ 2
ns

th

5.2.2.2 Maỷch trọỹn tỏửn duỡng Transistor trổồỡng FET
ặu õióứm cuớa trọỹn tỏửn duỡng FET so vồùi BJT:
- Quan hóỷ giổợa doỡng ra I
D
(doỡng maùng) vaỡ õióỷn aùp vaỡo (V
GS
) laỡ quan hóỷ bỏỷc hai,
nón tờn hióỷu ra cuớa maỷch trọỹn tỏửn giaớm õổồỹc caùc thaỡnh phỏửn phọứ vaỡ haỷn chóỳ õổồỹc hióỷn
tổồỹng õióửu chóỳ giao thoa, giaớm õổồỹc taỷp ỏm vaỡ tng õổồỹc daới rọỹng cuớa tờn hióỷu vaỡo.
A. Trọỹn tỏửn duỡng FET:
Nguyón lyù cuớa vióỷc trọỹn tỏửn duỡng FET cuợng giọỳng nhổ BJT

B. Trọỹn tỏửn duỡng FET mừc õỏứy keùo

Hỗnh 5.11. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng FET
C
2
C
1
R
1
v
th
C
3
R
2
C
5
R
3
C
4
v
tg
V
cc
v
th
v

ns
R
2
R
1
C
2
C
1
R
3
Hỗnh 5.12. Maỷch trọỹn tỏửn duỡng FET õỏứy keùo