Giáo trình : Kỹ thuật mạch điện tử 2 part 7 ppt

60
CHỈÅNG 4
TẠCH SỌNG
4.1. Khại niãûm
Tạch sọng l quạ trçnh tçm lải tên hiãûu âiãưu chãú. Tên hiãûu sau khi tạch sọng phi
giäúng tên hiãûu âiãưu chãú ban âáưu.
Thỉûc tãú tên hiãûu âiãưu chãú v
s
sau khi qua âiãưu chãú v qua kãnh truưn sọng âỉa
âãún bäü tạch sọng â bë mẹo dảng thnh v’
s
. Do mẹo phi tuún trong bäü tạch sọng nãn
sau khi tạch sọng ta lải nháûn âỉåüc tên hiãûu v”
s
khạc våïi v’
s
. do âọ v”
s
khạc v
s
ban âáưu.
Vç váûy chäúng mẹo phi tuún l mäüt trong nhỉỵng u cáưu cå bn ca quạ trçnh tạch
sọng.
4.2. Tạch sọng biãn âäü
4.2.1. Cạc tham säú cå bn
4.2.1.1. Hãû säú tạch sọng

Tên hiãûu vo ca bäü tạch sọng l tên hiãûu â âiãưu biãn :
v
vTS

= V
vTS
(t) . cos ω
t
t = V
Zt
cos ω
t
t
Trong âọ : V
vTS
(t) : biãún thiãn theo qui lût ca tin tỉïc.
Tên hiãûu ra bäü tạch sọng :
V
rTS
(t) = K
TS
.V
vTS
(t)
Våïi: K
TS
=
)t(V
)t(V
vTS
rTS
= hãû säú tè lãû v âỉåüc gi l hãû säú tạch sọng
V
rTS

(t), V
vTS
(t) gäưm cọ thnh pháưn mäüt chiãưu v thnh pháưn xoay chiãưu biãún
thiãn cháûm theo thåìi gian: V
rTS
(t) = V’
o
+ v’
s

V
vTS
(t) = V”
o
+ v”
s

Chè cáưn quan tám âãún thnh pháưn biãún thiãn cháûm (mang tin tỉïc) → hãû säú tạch
sọng:
K
TS
=
'
s
"
s
v
v

v’

s
v v”
s
l âiãûn ạp vo v ra ca bäü tạch sọng
K
TS
cng låïn thç hiãûu qu tạch sọng cng cao.
Nãúu K
TS
= Cte thç v’’
s
tè lãû v’
s
v bäü tạch sọng khäng gáy mẹo phi tuún, gi l bäü
tạch sọng tuún tênh.

61
4.2.1.2. Trồớ khaùng vaỡo cuớa bọỹ taùch soùng
Z
vTS
=
vTS
vTS
I
V

Thọng thổồỡng doỡng vaỡ aùp lóỷch pha Z
vTS
laỡ mọỹt sọỳ phổùc.
4.2.1.3. Meùo phi tuyóỳn

Hóỷ sọỳ meùo phi tuyóỳn : K =
ZS
3
ZS3
2
ZS2
I
II ++
. 100%
I
ZS
, I
2ZS
, I
3ZS
bión õọỹ thaỡnh phỏửn cồ baớn vaỡ caùc haỡi cuớa tờn hióỷu õióửu chóỳ.
Ta khọng quan tỏm õóỳn caùc doỡng õióỷn cao tỏửn (taới tỏửn vaỡ hai bỏỷc cao cuớa noù), vỗ
trong maỷch õióỷn bọỹ taùch soùng coù thóứ dóự daỡng loỹc boớ caùc thaỡnh phỏửn naỡy.
4.2.2. Maỷch õióỷn bọỹ taùch soùng bión õọỹ
4.2.2.1. Maỷch taùch soùng bión õọỹ bũng maỷch chốnh lổu








Ta phỏn tờch vaỡ tờnh toaùn õọỳi vồùi sồ õọử taùch soùng nọỳi tióỳp. Khi tờn hióỷu vaỡo lồùn thỗ
õỷc tuyóỳn Volt - Ampe cuớa diode :

i
D
=



<

0V0
0VVS
D
DD
(1)
i
D
= S.V
D
= S (V
õb
- V
C
) (2)
Vồùi : V
õb
= V
T
(1 + m cos
S
t) . cos
t

t = V
õb
cos
t
t
i
D
= S (V
õb
. cos
t
t - V
c
) (3)
Khi cos
t
t = thỗ i
D
= 0, thay vaỡo bióứu thổùc (3) ta coù :
0 = S (V
õb
. cos
t
t - V
c
) (4)
Goùc dỏựn õióỷn cuớa diode : cos =
db
C
V

V
(4)
0
Hỗnh 4.1. Maỷch tờch soùng bión õọ bũng maỷch chốnh lổ
u

a) Taùch soùng nọỳi tióỳp b) Taùch soùng song song
R
C
D
D
C
R

62

Khai trióứn i
D
theo chuọựi Fourrier :
i
D
= I
o
+ I
1
cos
t
t + I
2
cos
t
t + + I
n
cos
t
t (5)
Trong õoù :

=
=
=












o
ttDn
o
ttD1
o
tDo
tdtni
2
I
tdtcosi
2
I

tdi
1
I
(6)
Tờnh bũng caùch thay thóỳ dỏửn ta õổồỹc :I
o
= )cos(sin
U.S
db


(7)
I
1
= )cossin(
U.S
db


(8)
Tổỡ doỡng mọỹt chióửu I
o
ta tờnh õổồỹc õióỷn aùp ra trón taới :
V
c
= R.I
o
=

S.R

V
db
(sin - cos) (9)
i
D
i
D
v
D
v
D

t

t

Hỗnh 4.2. ỷc tuyóỳn cuớa diode vaỡ õọử thở
cuớa tờn hióỷu vaỡo ra khi laỡm vióỷc ồớ chóỳ õọỹ C
E
o

63
Thay (9) vo (4’), ta âỉåüc :
cosθ =
π
S.R
(sinθ - θ cosθ) (10)
⇒ tg θ - θ =
R.S
π

(11)
Tỉì (11) ta suy ra :
Gọc âiãûn dáùn θ chè phủ thüc vo tham säú mảch âiãûn (S, R) m khäng phủ thüc
vo tên hiãûu vo. Do âọ tạch sọng tên hiãûu låïn l tạch sọng khäng gáy mẹo phi tuún.
Chụ : phäø ca dng âiãûn i
D
gäưm cọ cạc thạnh pháưn : mäüt chiãưu. ω
t
, ω
s
, ω
t
± ω
s
,
nω
t
± ω
s
. Thäng thỉåìng ω
t
>> ω
s
do âọ cạc thnh pháưn ω
t
, ω
t
± ω
s
, v nω

t
± ω
s
âỉåüc
loải b dãù dng nhåì mảch lc thäng tháúp. Chè cn thnh pháưn hỉỵu êch :
i
S
= m.S.V
t
. cosω
t
.
Âãø trạnh mẹo, trỉåïc khi tạch sọng cáưn phi khúch âải âãø tên hiãûu â låïn âãø âm
bo chãú âäü tạch sọng tuún tênh.







T = RC l hàòng säú thåìi gian phọng nảp ca tủ âiãûn.
Âãø âiãûn ạp ra ti gáưn våïi dảng âỉåìng bao ca âiãûn ạp cao táưn åí âáưu vo, ta phi
chn T = RC â låïn. Tuy nhiãn, nãúu chn C quạ låïn thç âiãûn ạp ra khäng biãún thiãn këp
våïi biãn âäü âiãûn ạp vo gáy ra mẹo tên hiãûu.
Täøng quạt ta chn :
st
1
RC
1

ω
<<<<
ω
Trong hai så âäư trãn, så âäư tạch sọng näúi
tiãúp cọ âiãûn tråí vo låïn hån så âäư tạch sọng song song.
Ngoi ra, trãn ti ca så âäư tạch sọng song song cn cọ âiãûn ạp cao táưn, do âọ phi
dng bäü lc âãø lc nọ.
Vç nhỉỵng l do trãn nãn så âäư tạch sọng song song chè âỉåüc dng trong trỉåìng håüp
cáưn ngàn thnh pháưn mäüt chiãưu tỉì táưng trỉåïc âỉa âãún.
U
C
U
C
t

Hçnh 4.3. Âäư thë theo thåìi gian ca tên hiãûu trỉåïc v sau tạch sọng

64
4.2.2.2 Taùch soùng bión õọỹ duỡng phỏn tổớ tuyóỳn tờnh tham sọỳ



V
dB
= V
t
(1 + m cos
s
t) . cos
t

t vaỡ V
t
= V
t
cos (
t
t + ) V
r
= V
dB
.V
t
.K
V
r
=
2
KV
2
t
(1 + m cos
s
t) cos + K.






+

2
tcosm1
V
s
2
t
.cos (2
t
t + ) (1)
Duỡng maỷch loỹc thọng thỏỳp coù thóứ taùch ra thaỡnh phỏửn tổớ hổợu ờch :

2
KV
V
2
t
"
S
= (1 + m cos
s
t) . cos) Nhỏỷn xeùt :
- Trong phọứ õióỷn aùp ra khọng coù thaỡnh phỏửn taới tỏửn
-
Muọỳn taùch õổồỹc soùng u
t
phaới coù tỏửn sọỳ bũng tỏửn sọỳ taới tin cuớa t/h õaợ õióửu bión

- Bión õọỹ õióỷn aùp õỏửu ra phuỷ thuọỹc vaỡo goùc pha vồùi laỡ goùc lóỷch pha giổợa tờn
hióỷu cỏửn taùch soùng vaỡ taới tin phuỷ.

- Khi = 0
"
S
V cổỷc õaỷi, khi = 0V
2
"
S
=


- Bọỹ taùch soùng vổỡa coù tờnh choỹn loỹc vóử bión õọỹ, vổỡa coù choỹn loỹc vóử pha goỹi laỡ bọỹ
taùch soùng bión õọỹ pha
-
óứ taùch soùng coù hióỷu quaớ cỏửn phaới õọửng bọỹ tờn hióỷu vaỡo vaỡtaới tin phuỷ vóử tỏửn sọỳ
vaỡ goùc lóỷch pha. Bọỹ taùch soùng naỡy coỡn coù tón goỹi laỡ bọỹ taùch soùng õọửng bọỹ.

4.2.3 Hióỷn tổồỹng phaùch vaỡ hióỷn tổồỹng cheỡn eùp trong taùch soùng bión õọỹ
où laỡ trổồỡng hồỹp trón õỏửu vaỡo bọỹ taùch soùng bión õọỹ coù hai dao õọỹng cao tỏửn: tờn
hióỷu vaỡ nhióựu.
4.2.3.1 Hióỷn tổồỹng phaùch
Tờn hióỷu : v
1
= V
1
cos
1
t
Nhióựu : v
2

= V
2
cos
2
t


V =

1
V +

2
V = V(t) cos [
1
t + (t)]
Xem

1
V õổùng yón thỗ

2
V quay quanh 0 vồùi vỏỷn tọỳc
=
2
-
1
. Vỗ

1

V ,

2
V coù tỏửn sọỳ khọng cọỳ
õởnh nón bión õọỹ vectồ tọứng khọng cọỳ õởnh. Aùp
duỷng hóỷ thổùc lổồỹng trong tam giaùc thổồỡng :
0

0





1

2
(t)

V
1


V
2


V

K
v
õb
v
t
v
r
Hỗnh 4.4. Maỷch tờch soùng tờn hióỷu duỡng phỏửn tổớ tuyóỳn tờn
h


65
V(t) =
t21
2
2
2
1
cosVV2VV ++
(t) = arctg .
t21
t2
cosVV
sin.V
+



V
rTS

= K
TS
.V
vTS
= K
TS
.V
1
)cos(
V
V
2
V
V
1
t
1
2
2
1
2
2
++ (*)
Vỏỷy õióỷn aùp bióỳn thión theo tờn hióỷu . Goỹi laỡ hióỷn tổồỹng phaùch.
4.2.3.2 Hióỷn tổồỹng cheỡn eùp
Trổồỡng hồỹp hai dao õọỹng cao tỏửn taùc õọỹng õọửng thồỡi ló bọỹ taùch soùng coù bión õọỹ
chónh lóỷch nhau nhióửu goỹi laỡ hióỷn tổồỹng cheỡn eùp.
Tờn hióỷu lồùn cheỡn tờn hióỷu beù, bióứu hióỷn tờnh choỹn loỹc theo bión õọỹ cuớa bọỹ taùch
soùng.
Chúng haỷn vồùi bióứu thổùc (*) ồớ trón ta thỏỳy khi bión õọỹ tờn hióỷu V

1
>> so vồùi bión
õọỹ nhióựu V
2
thỗ lổồỹng

2
1
2
2
V
V
vaỡ 2.
1
2
V
V
cos (t) nhoớ, nghộa laỡ taùc duỷng choỹn loỹc cuat bọỹ
taùch soùng bión õọỹ rỏỳt coù lồỹi.
4.3 Taùch soùng tờn hióỷu õióửu tỏửn
4.3.1 Khaùi nióỷm
Taùch soùng tờn hióỷu õióửu tỏửn laỡ quaù trỗnh bióỳn õọứi lóỷch tỏửn sọỳ tổùc thồỡi cuớa tờn hióỷu
thaỡnh bióỳn thión õióỷn aùp ồớ õỏửu ra.






ỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt cuớa bọỹ taùch soùng bióứu dióựn quan hóỷ giổaợ õióỷn aùp ra vaỡ lổồỹng bióỳn

thión cuớa tỏửn sọỳ ồớ õỏửu vaỡo.
óử haỷn chóỳ meùo phi tuyóỳn, phaới choỹn õióứm laỡm vióỷc trong phaỷm vi tổồng õọỳi thúng
cuớa õỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt. (õoaỷn AB).
Hóỷ sọỳ truyóửn õaỷt cuớa bọỹ taùch soùng laỡ õọỹ dọỳc lồùn nhỏỳt trong khu vổỷc laỡm vióỷc cuớa
õỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt.
v
S

f

A

B

Hỗnh 4.5. Sồ õọử caùc vectồ
õióỷn aùp tờn hióỷu
Hỗnh 4.6. ỷỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt cuớa bọỹ taùch soùng

66
S
f
=
fd
dv
s
∆
∆f = 0
Tạch sọng táưn säú v tạch sọng pha thỉåìng âỉåüc thỉûc hiãûn theo mäüt trong nhỉỵng
ngun tàõc sau âáy :
1. Biãún tên hiãûu âiãưu táưn hồûc âiãưu pha thnh tên hiãûu âiãưu biãn räưi tạch sọng biãn

âäü.
2. Biãún âiãưu táưn thnh âiãưu räüng xung räưi tạch sọng nhåì mảch têch phán.
3. Lm cho táưn säú ca tên hiãûu âiãưu táưn bạm theo táưn säú ca mäüt bäü dao âäüng nhåì
hãû thäúng vng giỉỵ pha PLL, âiãûn ạp sai säú chênh l âiãûn ạp cáưn tạch sọng.
4.3.2 Mảch âiãûn bäü tạch sọng táưn säú
4.3.2.1 Mảch tạch sọng pha cán bàòng dng diode
(DISCRIMINATOR)
Gäưm hai mảch tạch sọng biãn âäü dng diode ghẹp våïi nhau.








Biãøu thỉïc ca tên hiãûu âiãưu pha v mäüt dao âäüng chøn âỉåüc biãøu diãùn :
v
df
= V
1
.cos [ω
01
t + ϕ(t) + ϕ
01
] = V
1
. cosϕ
1
(t)

v
ch
= V
2
.cos (ω
02
t + ϕ
02
) = V
2
. cosϕ
2
(t)
Âiãûn ạp âàût trãn hai bäü tạch sọng biãn âäü : (diode D
1
, D
2
)
v
D1
= V
1
.cos [ω
01
t + ϕ(t) + ϕ
01
] + V
2
cos (ω
02

t + ϕ
02
) = V
1
.cosϕ
1
(t)
v
D2
= - V
1
.cos [ω
01
t + ϕ(t) + ϕ
01
] + V
2
cos (ω
02
t + ϕ
02
) = V
1
. cosϕ
1
(t)
p dủng tênh cháút ca hãû thỉïc lỉåüng trong tam giạc thỉåìng ta tênh âỉåüc âiãûn ạp ra
trãn hai ti R, C :
V
R1

(t) = v
S1
= K
TS
. v
D1
= K
TS
. )t(cosVV2VV
21
2
2
2
1
ϕ∆++
v
D1
v
D2
∆ϕ(t)

V
1
→

-V
1
→

V

2
→

v
ch
R
R
C
C
D
1
D
2
v
df
v
S
Hçnh 4.7. Mảch sọng pha cán bàòng dng diode v âäư thë vectoe tên hiãûu

67
V
R2
(t) = v
S2
= K
TS
. v
D2
= K
TS

. )t(cosVV2VV
21
2
2
2
1
+
K
TS
: hóỷ sọỳ truyóửn õaỷt cuớa bọỹ taùch soùng bión õọỹ.
K
TS
=
t
S
mV
V

(t) : hióỷu pha cuớa hai õióỷn aùp vaỡo :
(t) = (
01
-
02
)t + (t) +
01 -

02

ióỷn aùp ra trón bọỹ taùch soùng :
v

s
= v
S1
- v
s2

= K
TS
[ )t(cosVV2VV
21
2
2
2
1
++ - )t(cosVV2VV
21
2
2
2
1
+ ]
v
s
: phuỷ thuọỹc vaỡo hióỷu pha cuớa tờn hióỷu õióửu pha vaỡ tờn hióỷu chuỏứn.
Trổồỡng hồỹp
01
=
02
;
01

=


02
v
s
phuỷ thuọỹc vaỡo (t)
+ v
s
: õaỷt cổỷc õaỷi = 0,2; 4.
+ v
s
: õaỷt cổỷc tióứu = ; 3; 5
+ v
s
= 0 = (2n + 1)
2

(vồùi n = 0, 1, 2 )
4.3.2.2. Bọỹ taùch soùng tỏửn sọỳ duỡng maỷch lóỷch cọỹng hổồớng






Maỷch cọỹng hổồớng 1 : cọỹng hổồớng ồớ tỏửn sọỳ
1

Maỷch cọỹng hổồớng 2 : cọỹng hổồớng ồớ tỏửn sọỳ

2

Goỹi
0
=
t
laỡ tỏửn sọỳ trung tỏm.

1
=
2
+
0


2
=
0
-
0

D
2
C
2
C
1
R
R
C

C
D
1
v
dt
V
S

Hỗnh 4.8. Bọỹ taùch soùng tỏửn sọỳ duỡng bọỹ lóỷch cọỹng hổồớng

68
Biãn âäü U
1
, U
2
thay âäøi phủ thüc vo sỉû sai lãûch táưn säú ω
1
, ω
2
so våïi táưn säú cäüng
hỉåíng riãng ca mảch 1 v 2, nghéa l biãún thiãn theo âiãûn ạp vo :
V
1
= Km.V
dt
.Z
1
;
K : hãû säú quy âäøi cho âụng thỉï ngun hai vãú, K =
Ω

1

V
2
= Km.V
dt
.Z
2

m : hãû säú ghẹp biãún ạp : m =
L
M

Z
1
, Z
2
: tråí khạng ca hai mảch cäüng hỉåíng 1 v 2.
Z
1
=
2
0
1td
2
o
2
1td
)(1
R

)(Q2
1
R
υ−υ+
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
ω
ω−ω
+

Z
2
=
2
0
2td
2
o
2
2td
)(1
R
)(Q2

1
R
υ−υ+
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
ω
ω−ω
+

R
td1
, R
td2
: tråí khạng ca hai mảch cäüng hỉåíng 1 v 2 tải táưn säú cäüng hỉåíng ω
1
v
ω
2
.
Q
1
, Q
2

: hãû säú pháøm cháút.
Chn hai mảch cäüng hỉåíng nhỉ nhau :
⇒ R
td1
= R
td2
; Q
1
= Q
2
= Q
D
o
= 2Q
0
2,10
ω
ω−ω
: âäü lãûch táưn tỉång âäúi giỉỵa táưn säú cäüng hỉåíng
riãng ca mảch âiãûn âäüng v táưn säú trung bçnh ca tên hiãûu vo.
D = 2Q
0
00
ω
ω−ω
: âäü lãûch táưn säú tỉång âäúi **** táưn säú tên hiãûu vo
v táưn säú trung bçnh.
Khi tên hiãûu ω vo thay âäøi thç υ thay âäøi ⇒ Z
1
, Z

2
thay âäøi ⇒ V
1
, V
2
thay âäøi.
Nghéa l quạ trçnh biãún âäøi âiãưu táưn thnh tên hiãûu âiãưu biãn. Sau khi qua hai bäü
tạch sọng (D, R) ⇒ ta nháûn âỉåüc cạc âiãûn ạp ra :

69
v
S1
= K
TS
.V
1
= K
TS
.m.Vdt .
2
o
1
)(1
Rdt
+

v
S2
= K
TS

.V
2
= K
TS
.m.Vdt .
2
o
2
)(1
Rdt
++

ióỷn aùp ra tọứng :
v
S
= v
S1
- v
S2
= K
TS
.m.Rtd.Vtd. (
o
, )
khi = +
o
= 1 -
2
o
41

1
+

khi = -
o
=
2
o
41
1
+
- 1 < 0
Trong õoù : (
o
, ) =
2
o
)(1
1
+
-
2
o
)(1
1
++


max
khi = -

o
= +
o

ọỹ dọỳc cuớa õỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt õổồỹc xaùc õởnh :
S
f
= 0f
fd
dus
=

= K
TS
.m.V
dt
.R
td
. 0
d
),(d
o
=



S
f
=
2

3
2
o
o
o
TS
)1(
2
:
f
Vtd.Rtd.m.K
+

(*)
Vỏỷy S
f
phuỷ thuọỹc vaỡo
o
. aỷo haỡm (*) theo
o
vaỡ xeùt cổỷc trở ta thỏỳy S
f
= S
f max
khi

o
=
2
1

. Vỏỷy muọỳn hóỷ sọỳ truyóửn õaỷt cổỷc õaỷi phaới choỹn lổồỹng lóỷch tỏửn
o
theo õióửu
kióỷn sau õỏy :

o
=
Q
.
22
1
Q2
ooo

=



Nhổồỹc õióứm cuớa maỷch taùch soùng cọỹng hổồớng : khoù õióửu chốnh cho hai maỷch cọỹng
hổồớng hoaỡn toaỡn õọỳi xổùng, nón ờt õổồỹc duỡng).