Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng kỹ thuật nối tiếp tín hiệu điều biên p6 docx

+ L
1
, L
2
, L
3
, L
7
, L’
1
, L’
2
, L’

3
, L’
7
là các cuộn chặn cho điện áp điều chế V

qua,
không cho điện áp cao tần V
o
qua.
+ Z
aa’
và Z
bb’
phải tương đương với điện cảm để tạo thành mạch dao động 3 điểm
C (Clapp) có độ ổn đònh cao.
+ AFC: hệ số tự động điều chỉnh tần số.

 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ hình 3-15 tương tự sơ đồ hình 3-13, chỉ khác là
các Varicap được mắc thành từng cặp đẩy kéo.
Hình 3
-
15: Sơ đồ đổi tần đẩy kéo dùng Varicap

C
CE

C
4

C

1

C
2

C
6

C
5

C’
5
C’
6
C’
4
C’
2
C’
3
C’
1
L’
3
L’
2
R’
1
+V

PC2
L’
4
L’
5
L’
1
L’
6
L’
7
L’
8
C’
CE
V


Tới AFC

+V
CC
L
2
L
3
L
5
AFC

R’
2
R
1
-
V
PC1
L
7
R
2
L
4
L
6
L
8
L
1
+V
CC
 Sau đổi tần ta thu được tần số trung gian: 
0
= 
01
- 
02

  = 
1

- 
2
= 15% 
0
và méo phi tuyến  = 1%.
Để tần số trung gian 
0
khá cao thì 
01
và 
02
phải rất cao, do đó ta cần có
hệ thống AFC để tự động điều chỉnh tần 
01
và 
02
đảm bảo yêu cầu về độ ổn
đònh đã cho.
2 . Các mạch điều pha:
a) Điều chế pha theo Amstrong:
Tín hiệu tải tin
được tạo ra từ bộ dao
động thạch anh (để có độ
ổn đònh tần số cao), được
đưa tới hai bộ điều biên
(ĐB
1
và ĐB
2
) lệch pha

nhau 90
0
. Còn tín hiệu
điều chế âm tần V

được
đưa đến hai mạch điều
biên ngược pha. Điện áp
ra trên hai bộ điều biên
sẽ là:






Đồ thò vector của V
AM
và V
AM2
và Vector V

= V
PM
được biểu diễn trên
hình 3-17
V
AM1
= V
01

(1 + mcos

t) cos

0
t


= V
01
cos
0
t + V
01
cos(
0
t + ) + cos(
0
t - )t (3.28)

V
AM2
= V
02
(1 + mcost) cos
0
t

= V
02

cos
0
t + V
02
sin(
0
t + ) + sin(
0
t - )t (3.29)



m
2
m
2
Dao động
thạch anh

ĐB
1
ĐB
2
Di pha
90
0

Tổng

Hình 3

-
16: Điều chế pha theo Amstrong

V


mV
01
V
01
V
AM1
V
AM2
mV
02
V
02






V

V

V


0

Hình 3-17: Đồ thò vector của tín
hiệu điều pha Amstrong
Từ đồ thò ta thấy rằng tổng các
dao động đã điều biên V

= V
AM1
+
V
AM2
là một dao động điều chế về pha
và biên độ. Điều biên ở đây là điều
biên ký sinh. Mạch có nhược điểm là
độ di pha nhỏ. Để hạn chế mức điều
biên ký sinh, chọn  nhỏ. Để có điều
biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì   0,35.
Mặc khác sau bộ điều pha ta có thể đặt
bộ hạn chế biên độ để loại bỏ điều
biên ký sinh.

Do gây ra điều biên ký sinh
và độ di pha nhỏ ( nhỏ) nên
phương pháp này ít được sử dụng.
b) Mạch điều chế pha dùng mạch lọc:
Trong hình 3-18 bộ điều chế pha được thực hiện bởi 3 mắc lọc là ba
mạch cộng hưởng dao động giống nhau, được điều chỉnh cộng hưởng bởi
Varicap.

Khi V

thay đổi, C
V
thay đổi, dẫn tới tần số cộng hưởng f
0
thay đổi
nên trở kháng tương đương của mạch cộng hưởng thay đổi theo:




Z
K
= (3.30)


Trong đó: R
K
= , Q = = , 
0
=
R
K

2

0
1+jQ

L

Cr

1


Cr



r

LC
V

1

Hình 3
-
18: Điều chế pha dùng mạch lọc

V
PM

V

V
CC
L
ch
C

C

C

C’

C’

C’

R
1

R
2

 =  - 
0
và 
0
+   2
0

Góc pha của trở kháng tương đương được xác đònh theo biểu thức:


Rõ ràng khi V

thay đổi thì  thay đổi, do góc pha  biến thiên một lượng
tương ứng. Do Z
K
cũng biến thiên theo  nên mạch này có điều biên ký sinh.
Nếu chọn các mạch cộng hưởng lọc LC hợp lý (mỗi mắc lọc di pha 60
0
), có thể
làm cho đặt tuyến  = f(V

) tuyến tính hơn, do đó đạt được lượng di pha tương đối
lớn  =  và méo phi tuyến nhỏ   1%.
Trên hình 3-19. Các tụ ghép C để ngăn điện áp một chiều và cho điện áp
cao tần đi qua; Các tụ thoát C’ để ngăn điện áp một chiều và điện áp cao tần, chỉ
cho điện áp âm tần V

đi qua. Do đó C’ >> C. Một dạng điều chế pha khác:

Trong sơ đồ, R
1
làm giảm bớt biên độ đa cao tần V
o
. R
2
, R
3
, R
4
, R
5
, R
6
để
tạo phân cực ngược cho Varicap V
1
, V
2
. Để V
2
phân cực ngược thì R
3
>> R
4
. Các tụ
C ngăn điện áp một chiều, cho tín hiệu cao tần qua. C’ ngăn điện áp một chiều và
tín hiệu cao tần, chỉ cho tín hiệu âm tần qua nên C’ >> C.
Các phần tử điện kháng tạo thành một mạng 4 cực di pha như hình 3.19b.
Dưới tác dụng của điện áp điều chế V


thì C
V1
và C
V2
sẽ thay đổi. Mặc dù sự thay
đổi của điện dung là nhỏ nhưng do biên độ của hệ số truyền đạt thay đổi không
đáng kể nên sự thay đổi pha có thể đạt tới  7%.
Trong thực tế, các mạch điều pha thường được dùng kết hợp với mạch
tích phân để thực hiện điều tần gián tiếp. Mạch điều tần gián tiếp so với
mạch điều tần trực tiếp thì lượng di tần nhỏ hơn vì  nhỏ, nhưng có độ ổn

 = arctg (3.30)
-
2Q



0

Hình 3
-
19: Điều pha bằng mạch di pha hai cửa

V
PM
+V
pc
V


V

0
L
ch
C’

C
2

C

C

R
3

R
4

R
5

R
2

V
1
(C
V1

)

V
1

V
2

V
2

L
2
L
1
C
2

V

V
PM
V

0
R
6

đònh tần số trung tâm cao, vì có thể dùng thạch anh trong tầng dao động. Để
độ di tần lớn ta phải mắc thêm một số tầng Naha như hình 3-34.

2. Ổn đònh tần số trung tâm của tín hiệu điều tần:






Trong máy phát điều tần, nếu tần số trung tâm không ổn đònh thì nó trực
tiếp làm méo và làm sai lệch tín hiệu điều chế vì tín hiệu chứa đựng trong độ di
tần. vì vậy chúng ta phải đưa ra các biện pháp ổn đònh tần số trung tâm f
0.
a) Điều tần trực tiếp bằng thạch anh:
Cho thạch anh dao động ở tần số cộng hưởng riêng 
q
= const. Thay đổi C
p

theo điện áp điều chế V

, ta sẽ tạo ra độ di tần: V

= 
p
- 
q
= C
p
/2C
p
.

Thay đổi C
p
bằng
cách thay đổi điện dung
tiếp giáp của đèn điện tử,
Transistor hoặc FET; mắc
Varicap hay đèn điện
kháng song song với thạch
anh. Nhưng do độ di tần
tương đối nhỏ (/
0

0,01) nên điều tần trực tiếp
bằng thạch anh chỉ được sử
dụng trong các máy phát
thoại quốc tế (f  6 KHz).
b) Sử dụng thạch anh dùng bộ tạo dao động để 
0
= const. Sau đó dùng bộ điều
chế pha để tạo tín hiệu điều tần. Khi đó ta đạt được độ méo phi tuyến nhỏ
(1%), nhưng độ di tần vẫn còn khá nhỏ. Vì vậy phương pháp này chỉ dùng
trong các máy phát thoại quốc tế có độ di tần nhỏ (f  6KHz) và độ méo phi
tuyến nhỏ (  1%)
c) Trong bộ điều tần sử dụng các nguồn cung cấp được ổn ònh và được bù nhiệt
bởi các điện trở hoặc các linh kiện có hệ s61 nhiệt âm (khi nhiệt độ tăng thì C
Mạch nhân
tần bậc n
Mạch
trộn tần
Mạch nhân

tần bậc n
Mạch
trộn tần

Bộ điều tần
gián tiếp

Mạch nhân
tần bậc n-1
Dao động
thạch anh
nf
0

n
2

f

f
0

n

f

nf
0

n


f

f
0



f

f
0

nf
0

n
2

f

Hình 3-20: sơ đồ khối dùng mạch nhân tần để nâng
cao độ di tần
1 u F
1 ū
1 u H
1 u F
C
P
C

P
L
q
R
q
Hình 3
-
21: Sơ đồ tương đương
của thạch anh
giảm, R giảm). Vì khi điện áp nguồn cung cấp thay đổi, làm điện dung ký sinh
của Transistor thay đổi, dẫn tới làm tần số cộng hưởng trung tâm thay đổi theo.
Hoặc khi điện áp phân cực cho Varicap thay đổi , làm điện dung C
V
thay đổi.
Nhưng phương pháp này chỉ ổn đònh được tần số trung tâm f
0
khi nhiệt độ thay
đổi, còn khi nhiệt độ ghép hay điện trở tải thay đổi thì f
0
vẫn thay đổi.
d) Hạ thấp tần số
trung gian của
bộ điều tần để
nâng cao độ ổn
đònh tần số
(hình 3-22). Khi
đó độ bất ổn
đònh tần số của
tín hiệu sẽ là:

+ f
0
, 
0
là tần số cộng hưởng riêng của thạch anh và độ bất ổn đònh của nó
(
0
10
-6
)
+ f
tg
, 
tg
là tần số cộng hưởng của mạch dao động LC và độ bất ổn đònh của nó.
(
tg
10
-3
).
 Nếu ta chọn f
tg
<< f
0
thì (f
tg
/f
0
) << 1 nên   
0

nghóa là mạch sẽ có độ ổn
đònh tần số gần bằng độ ổn đònh của thạch anh mà độ di tần vẫn lớn.
e) Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số (AFG)







Để có độ di tần lớn ta phải dùng bộ tạo dao động bằng LC. Nhưng khi đó
độ mất ổn đònh sẽ lớn (
LC
 10
-3
). Vì vậy ta phải dùng hệ thống AFC để ổn đònh
tần số trung tâm.
 Bộ dao động thạch anh tạo ra f
tg
có độ ổn đònh cao (

 10
-6
)

 = 
0
+ 
tg
. (3.31)

f
tg

f
0

Khuếch
đại
Lọc thông
thấp
Tách sóng
tần số
Đổi tần

Dao động
thạch anh
Dao động
LC f
0

V
TS
f
tg
f
TA
f
ra
f
ra

V
ĐC
V

Hì
nh 3
-
23: điều tần có AFC

 Nguyên lý hoạt động:
- Nếu do V
CC
thay đổi hay T
0
thay đổi làm cho f
0
thay đổi dẫn tới f
ra
thay đổi
(f
ra
= f
0
 (f
SS
). Tần số ra f
ra
được đưa vào bộ đổi tần để so sánh với tần số
chuẩn f
TA

.
- Bộ đổi tần dùng để hạ thấp f
ra
để dễ tách sóng.
- Ở đầu ra bộ đổi tần cũng có mạch lọc để chỉ giữ lại thành phần tần số trung
gian.
f
tg
= f
a
- f
TA
= f
0
 (f
SS
- f
TA
.
- Bộ tách sóng được điều chỉnh cộng hưởng tại:
f
tgo
= f
0
- f
TA

Do đó:
+ Nếu f
tg

= f
tgo
thì V
TS
= 0, do đó V
ĐC
= 0, nghóa là f
0
= const;
+ Nếu f
tg
= f
tgo
 f
SS
thì ở đầu ra bộ tách sóng có V
TS
= f(f
SS
).









- Mặc khác khi điện áp điều chế V


thay đổi thì f
ra
cũng thay đổi: f
ra
= f
0
 f

.
Nếu ta thiết kế bộ lọc thông thấp sao cho chỉ cho qua các thành phần tần số
biến thiên chậm: f = 0  20 Hz thì V
ĐC
chỉ thay đổi tỷ lệ với tần số trung tâm
- V
ĐC
sau bộ lọc thông thấp tác động Varicap làm cho f
ra
thay đổi về đúng tần số
trung tâm f
0
(f
ra
 f
0
)
V
ĐC
A


f
còn

f
đầu
B


f


f
ss
V
ĐS
0

0

V
TS

f
ĐS
Hình 3-24:
a) Đặc tuyến tách sóng V
TS
= f (f
ss

).
b) Đặc tuyến điều chỉnh f
ĐC
= f (V
ĐC
);
c) Đặc tuyến tách sóng sau khi điều chỉnh
Nếu đem xếp chồng đặc tuyến (hình 3-24a và b) ta thu được đặc tuyến sau
điều chỉnh f
còn
= f(V
ĐC
). Nghóa là nhờ hệ thống AFC mà sai số ban đầu f
đầu

giảm xuống còn f
còn
:
Hệ số điều chỉnh của AFC:
K
AFC
= f
đầu
/ f
còn
= 1+ S
TS .
S
ĐC
 (3.32)

S
TS
, S
ĐC
là độ dốc của đặc tuyến tách sóng và đặc tuyến điều chỉnh.
 Độ bất ổn đònh của sơ đồ này là:




Trong đó:
- f
TA
/ f
TA
: là độ bất ổn đònh tần số của thạch anh thường rất nhỏ ( 10
-6
)
- f
TS /
f
tg
: là độ bất ổn đònh tương đối của bộ tách sóng. Để giảm nhỏ nó ta cần
phải ổn đònh các tham số của bộ tách sóng. Mặc khác ta chọn f
tg
<< f
ra
để tỷ số
f
tg

/ f
ra
giảm.
- f
đầu
/ f
ra
: độ bất ổn đònh tương đối ban đầu của máy phát. (

 10
-3
)
Như vậy để f
còn
/ f
ra
nhỏ thì k
AFC
phải rất lớn. Trong thực tế k
AFC
 100 vì
còn phụ thuộc hằng số thời gian của mạch lọc thông thấp.
IV. Ví dụ minh họa
1. Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 90Mhz và một tín hiệu
điều chế có biên độ 5V, tần số 15Khz. Hệ số tỷ lệ k = 1Khz/V.
(a) Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế
(b) Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế.

Giải:
a) Ta có: m

f
=


kV
= 3.0
10
*
15
5*1000
3


= + f
TS
+f
TA



= . + . + . (3.33)


f
còn

f
ra
1
f

ra


f
đầu

k
AFC
f
đầu

f
ra
1
f
ra
f
TS

f
ra
f
tg

f
ra
f
TA

f

TA
f
TA

f
ra
- Biểu thức của tín hiệu điều chế:
V

= 5 cos (2 15*10
3
) t
- Biểu thức của tín hiệu điều tần:
V
FM
(t) = 5 cos [ (2*90*10
6
) t + 0.3 sin (2*15*10
3
) t]
b) Mô phỏng dạng tín hiệu điều tần:
fc=90*10^6;fm=15*10^3;
T=1/fc;
t=0:T/20:10*T;
V
FM
(t)=5*cos(2*pi*fc*t+.3*sin(2*pi*fm*t));
plot(t,V
FM
(t))

title('DC-FM')








2. Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 25Khz và một tín hiệu
điều chế có biên độ 5V, tần số 1000Hz. Hệ số tỷ lệ k = 2.5Hz/V.
a. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (PM)
b. Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế (PM).

Giải:
a. Ta có: m
p
= k*V

= 2.5*5 = 12.5
- Biểu thức của tín hiệu điều chế:
V

(t) = 5 cos (2*10
3
) t
- Biểu thức của tín hiệu đã điều chế:
V
PM
(t) = 5 cos [(2*25*10

3
) t+12.5 cos (2*10
3
) t]
0 0.2
b. Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế (PM):
fc=25*10^3;fm=10^3;
T=1/fc;
t=0:T/20:10*T;
V=5*cos(2*pi*fc*t+12.5*sin(2*pi*fm*t));
plot(t,V)
title('DC-PM')









0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-4
-5
-4
-3
-2
-1
0

1