Tải bản đầy đủ (.pdf) (62 trang)

thí nghiệm tách sóng trong chương trình điện tử đại cương của khoa vật lý

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.83 MB, 62 trang )

Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
thí nghiệm tách sóng trong chương trình điện tử đại cương của khoa Vật Lý
PHẦN MỞ ĐẦU
I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, điện tử là một trong những ngành khoa học mũi nhọn của tất
cả các nước trên thế giới. Điện tử có ứng dụng rất rộng rãi trong công
nghiệp, khoa học kỹ thuật và trong đời sống của con người. Các thiết bị điện
tử dần dần đã thay thế các thiết bị cơ học như trước đây với độ chính xác rất
cao. Sự phát triển của điện tử sẽ góp phần rất lớn thúc đẩy sự phát triển của
các ngành khoa học kỹ thuật khác. Để thực hiện thành công công cuộc công
nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đòi hỏi nước ta phải đầu tư phát triển
nghành điện tử để nó có được bước tiến nhanh hơn nữa.
Một lĩnh vực quan trọng hàng đầu của kỹ thuật điện tử là kỹ thuật truyền
tín hiệu đi xa (truyền thanh, truyền hình). Ngày nay kỹ thuật truyền tín hiệu
đi xa đã đạt đến trình độ rất cao (truyền hình số), để đạt được đến trình độ
đú thì các nhà kỹ thuật hiện nay cũng phải bắt đầu nghiên cứu từ những
nguyên lý cơ bản của kỹ thuật truyền tín hiệu đi xa (kỹ thuật truyền tín hiệu
tương tự).
Để sinh viên khoa Vật Lý dễ dàng hiểu được nguyên lý tỏch súng, là một
nguyên lý cơ bản của kỹ thuật truyền tín hiệu đi xa đề tài đã tập trung xây
dựng bài thí nghiệm tỏch sóng trong chương trình điện tử đại cương của
khoa Vật Lý.
II. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
1. Mục tiêu
Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng bài thí nghiệm tách sóng, viết tài liệu
hướng dẫn thực hành nội dung này để phục vụ cho học phần thực hành điện
tử đại cương.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
1


Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
2. Nhiệm vụ
• Nghiên cứu lý thuyết về tách sóng.
• Thiết kế bài thí nghiệm tách sóng.
• Viết tài liệu hướng dẫn thực hành bài tỏch sóng.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu các tài liệu liên quan về tỏch sóng, điều chế, mạch lọc,
khung cộng hưởng, các tài liệu hướng dẫn thực hành điện tử đại cương…
Tiến hành thực nghiệm.
IV. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI
Ngoài phần mở đầu và kết luận, đề tài gồm hai phần:
Phần A: Tổng quan về lý thuyết
Chương 1: Mạch lọc
Chương 2: Đại cương về điều chế
Chương 3: Lý thuyết tỏch súng
Phần B: Thực hành
I. Tiến trình thiết kế và lắp ráp mạch
II. Tài liệu hướng dẫn thực hành
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
2
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
A. TỔNG QUAN VỀ MẶT LÝ THUYẾT
Chương 1: MẠCH LỌC
I. KHÁI NIỆM VỀ MẠCH LỌC
Mạch lọc là những mạch điện căn cứ theo yêu cầu của sự lọc lựa và tính
năng của các phần tử cơ bản của mạch điện mà bố trí chúng nhằm lấy ra
những dao động điện cần thiết.

Mạch lọc thụ động là mạch lọc chứa các phần tử thụ động R, L, C mà
không cú cỏc phần tử tích cực như BJT hay KĐTT.
Có nhiều loại mạch lọc khác nhau căn cứ theo các cách khác nhau:
- Căn cứ theo công dụng của bộ lọc chia thành bộ lọc tần số thấp, bộ lọc
tần số cao, bộ lọc tần số cao, bộ lọc dải tần, bộ lọc bỏ dải tần.
- Căn cứ theo hình dạng của bộ lọc chia thành bộ lọc chữ L ngược, bộ lọc
chữ T, bộ lọc chữ Π.
- Căn cứ theo các linh kiện tham gia lọc chia thành bộ lọc RC, bộ lọc LC,
bộ lọc RL.
Để đánh giá tính năng của bộ lọc người ta dùng khái niệm hệ số truyền
đạt k hay hệ số suy giảm β:

U1: Điện áp vào của bộ lọc
U2: Điện áp ra của bộ lọc
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của k hay β theo tần số gọi là đặc tuyến tần
số của bộ lọc.
Các mạch lọc thụ động có hệ số truyền đạt k < 1, mạch lọc lí tưởng có hệ
số truyền đạt k = 1
II. CÁC MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG
2.1. Mạch lọc tần số thấp
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
3
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Mạch lọc tần số thấp là mạch lọc chỉ cho qua các tần số thấp và dòng một
chiều, cũn cỏc tần số cao thì không cho qua
Hình 1.1: a) Mạch lọc tần số thấp RC và LC
b) Đặc tuyến tần số của mạch lọc tần số thấp
Ở vùng tần số thấp tụ C có trở kháng rất lớn nờn nó khụng thoỏt qua tụ

được, khi đó U2 ≈ U1. Ở vùng tần số cao, trở kháng của tụ C đủ nhỏ nờn nó
thoỏt qua tụ, khi đó U2 ≈ 0. Do đó ở đầu ra ta chỉ thu được thành phần tần
số thấp.
2.2. Mạch lọc tần số cao
Là bộ lọc cho qua các dòng điện tần số cao và không cho qua cỏc dũng
một chiều và tần số thấp.
Hình 1.3: a) Đặc tuyến tần số của bộ lọc
b) Các mạch lọc tần số cao RC và LC
Ở tần số thấp, trở kháng của C lớn, còn cảm kháng của L nhỏ nên nó khụng
đi qua được tụ, do đó U
2
≈ 0. Ở tần số cao, trở kháng của C nhỏ, còn cảm
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
4
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
kháng của L lớn nên thành phần này qua được tụ, do đó U
2
≈ U
1
. Do đó ở
đầu ra ta chỉ thu được thành phần cao tần.
2.3. Mạch lọc dải tần
Là mạch lọc cho các dòng điện trong một dải tần từ f
1
đến f
2
qua, còn các tần
số ngoài khoảng đú thỡ không cho qua.

Hình 1.6: a) Đặc tuyến tần số của mạch lọc dải tần
b) Các mạch lọc dải tần RC và LC
- Trong mạch RC: Khâu RC đầu tiên lọc tần số tần số thấp từ 0 đến f
2
, khâu CR
sau lọc tần số cao từ f
1
đến f
2
. Kết quả là mạch này cho qua dải tần từ f
1
đến f
2
.
- Trong mạch LC: Những dòng điện có tần số gần bằng tần số riêng của
mạch f
0
(từ f
1
đến f
2
) dao động LC thì dễ dàng đi qua mạch nối tiếp và khó đi
qua mạch song song. Trái lại, với các dòng điện có tần số khác xa với tần số
f
0
thì càng khó qua mạch nối tiếp và dễ dàng qua mạch song song. Kết quả
là mạch này cho qua dải tần từ f
1
đến f
2

.
2.4. Mạch lọc bỏ dải tần (mạch lọc chặn dải tần)
Là mạch lọc bỏ qua các dòng điện trong dải tần từ f
1
đến f
2
, còn các tần số
ngoài khoảng đú thỡ đi qua.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
5
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy

Hỡnh 1.5: a) Đặc tuyến tần số của mạch lọc bỏ dải tần
b) Các mạch lọc bỏ dải tần RC và LC.
- Trong mạch LC: Những dòng điện có tần số gần bằng tần số riêng của
mạch f
0
(từ f
1
đến f
2
) dao động LC thì dễ dàng đi qua mạch nối tiếp và khó đi
qua mạch song song. Trái lại, với các dòng điện có tần số khác xa với tần số
f
0
thì càng khó qua mạch nối tiếp và dễ dàng qua mạch song song. Kết quả
là mạch này lọc bỏ dải tần từ f
1

đến f
2
.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
6
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Chương 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU CHẾ
Trong thực tế tin tức thường là các dao động có tần số thấp (như tần số
của sóng âm thanh từ 16 Hz đến 2000 kHz), dao động tần số thấp có năng
lượng nhỏ nên khó có thể truyền đi xa được. Còn tín hiệu cao tần lại có năng
lượng lớn và ít bị hấp thụ trong khí quyển nờn nó có khả năng truyền đi xa.
Do đó người ta phải gửi tin tức có tần số thấp vào dao động có tần số cao để
truyền đi xa. Quá trình đó gọi là quá trình điều chế. Khi đến nơi thu, muốn
thu được tín hiệu thì người ta phải tách tín hiệu ra khỏi dao động cao tần,
quá trình đó gọi là quá trình tỏch súng.
Vậy để nghiên cứu về tỏch súng ta phải hiểu được ở nơi phát người ta đã
điều chế tín hiệu như thế nào?
I. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU CHẾ
1.1. Khái niệm điều chế
Điều chế là quá trình điều khiển dao động cao tần không tắt theo một
qui luật nào đó của dao động tín hiệu cần truyền đi.
Dao động cao tần được gọi là sóng mang, dao động tín hiệu cần truyền đi
gọi là sóng làm điều chế, dao động cao tần đã bị điều chế gọi là sóng điều
chế.
1.2. Phân loại điều chế
Do một dao động điện được đặc trưng bởi biên độ, tần số và pha xác định
u = U
m

cos(ωt+φ)
Nên theo định nghĩa trên có thể làm dao động cao tần điều chế bằng cách
tác dụng lên một trong ba đại lượng trên, để đại lượng đó biến đổi theo một
qui luật nào đó của tín hiệu cần truyền đi F(t).
Vậy có ba loại điều chế cơ bản:
• Điều chế biên độ (gọi tắt là điều biên) là loại điều chế mà biên độ của
sóng mang biến đổi theo qui luật F(t) của tín hiệu cần truyền đi. Tức là U
m
biến đổi theo F(t): U
m
~ F(t), còn ω = const, φ = const (hình 2.1).
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
7
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
• Điều chế tần số (gọi tắt là điều tần) là loại điều chế mà tần số của
sóng mang biến đổi theo qui luật F(t) của tín hiệu cần truyền đi: ω ~ F(t),
còn U
m
= const, φ = const (hình 2.2).
Hình 2.1:a) Dao động cao tần ; b)
Dao động âm tần ; c) Dao động điều
biên
Hình 2.2: a) Dao động cao tần ; b)
Dao động âm tần ; c) Dao động điều
tần
• Điều chế pha (điều pha) là loại điều chế mà pha của sóng mang biến đổi
theo qui luật của tín hiệu cần truyền đi: φ ~ F(t), còn U
m

= const, ω = const.
Trong vô tuyến truyền thanh người ta thường dùng điều chế biên độ và
tần số, trong vô tuyến truyền hình người ta dùng điều tần nên ta xem xét đến
hai quá trình điều biên và điều tần
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
8
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
II. ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ
2.1. Nguyên tắc tạo nên dao động điều biên
2.1.1. Nguyên lý điều biên thường một điốt hay Trandito
Giả sử máy phát cho dao động sóng mang cao tần có dạng:
u
1
= U
M
cosωt (2.1)
Còn dao động tín hiệu cần truyền đi có tần số thấp Ω coi là điều hoà có
dạng:
u
2
= U
m
cosΩt (trong đó Ω ô ω) (2.2)
Ta đặt hai tín hiệu này lên một yếu tố phi tuyến tính như điốt (hình 2.4a) hay
tranzito ( hình 2.4b), với tranzito hoạt động ở phần cong của đặc tuyến
Hình 2.4: Mạch nguyên lý điều biên: A)1 điốt; B) Tranzito
Lúc này dòng điện cực góp biến thiên là một hàm phi tuyến của điện áp gốc
phụ thuộc cả vào u

1
và u
2
:
u
B
= u
1
+ u
2
và i = i
k
= f(u
1
,u
2
) = I
0
+ au
B
+ bu
B
2
+ …
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
9
ĐIỀU CHẾ
BIÊN ĐỘ
Hình 2.3 : Nguyên lý điều chế biên độ

Tín hiệu
u
2
Sóng mang
u
1
Dao động điều
chế
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Để đơn giản ta chỉ giới hạn ở số hạng bậc hai của u
B
đủ cho mục đích ta
dặt ra là dòng cực góp là dòng phi tuyến.
Do đó: i = i
k
= f(u
1
,u
2
) = I
0
+ au
B
+ bu
B
2
(2.3)
Thay (1),(2) v ào (3), sau các biến đổi phức tạp ta sẽ được dòng điện cực
góp là một dòng điện phức tạp có nhiều thành phần có tần số và biên độ

khác nhau:
(2.4)
Ta thấy dòng điện i gồm các thành phần:
• Thành phần không đổi:
• Thành phần tần số Ω với biên độ aU
m
• Thành phần tần số 2Ω với biên độ
• Thành phần cao tần 2ω với biên độ
• Thành phần cao tần ω có biên độ
Ta thấy thành phần cao tần ω này là dao động có biên độ biến đổi thao
thời gian theo qui luật của tín hiệu làm điều chế . Chính thành phần này là
tín hiệu của dao động điều chế biên độ thỏa mãn yêu cầu đặt ra:
(2.5)
Theo quan điểm kỹ thuật, sau khi điều chế không nhất thiết phải truyền
cả dao động mang đi, mà có thể chỉ truyền đi một dải súng biờn nào đó có
chứa tín hiệu cần truyền đi là được. Vì vậy người ta dùng khung cộng hưởng
LC điều chỉnh về tần số cộng hưởng với ω để tách riêng thành phần được
điều chế ra khỏi các dao động phức tạp khỏc. Trờn mạch cộng hưởng ta có
điện áp điều chế:
(2.6)
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
10
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
ở đó U
0
= aU
M
.Z

ch
là biên độ cức đại của sóng điều chế. Điện áp này cho
cảm ứng sang ăng ten phát, ta có thể truyền dao động điều chế biên độ vào
không gian có dạng (3.6) trong đó có chứa tín hiệu âm tần Ω.
Vậy ở nơi phát người ta chỉ truyền đi thành phần điện áp có biên độ biến
đổi theo qui luật của tín hiệu gọi là sóng điều biên (AM)
Ta đặt và viết biểu thức 5 dưới dạng:
(2.7)
M - gọi là hệ số điều chế (hay độ sâu điều chế). Như thế M phụ thuộc
vào biên độ của sóng làm điều chế U
m
. Còn biên độ của sóng điều chế thay
đổi theo cosΩt. Vì cosΩt có giá trị cực tiểu là -1 và cực đại là +1, nên biên
độ của sóng điều chế có giá trị cực tiểu và cực đại là:
U
min
= U
0
(1 - M) ; U
max
= U
0
(1 + M)
Để thấy rõ hơn ý nghĩa của M ta xét:
U
max
– U
min
= 2MU
0

; U
max
+ U
min
= 2U
0
(2.8)
Nếu M = 0 tức là Umax = Umin,
khi này không có điều chế (hình
3.5a)
Nếu M = 1 tức là Umax = 2U0,
Umin = 0, trường hợp này gọi là
điều chế tối đa (hinh 3.5b)
Nếu M > 1 thì dao động mang cao
tần bị cắt (hình 3.5c)
Nếu 0 < M < 1, tín hiệu điều chế
có dạng (hình 3.5d )
Vậy để có điều chế M phải thỏa
mãn 0 < M ≤ 1. Để có hiệu suất
cao nhất thì lấy M = 1.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
11
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Hình 2.5. Tín hiệu điều biên
a) M = 0; b) M = 1
c) M > 1; 0 < M < 1
Vậy ý nghĩa của M là cho biết khả năng (hay mức độ) biên độ của sóng
mang bị biến đổi theo dạng của tín hiệu làm điều chế.

Từ biểu thức 3.6 ta có thể viết dưới dạng:
(2.9)
Từ biểu thức 3.9 ta thấy dao động điều chế gồm ba thành phần có tần số
là ω và ω ± Ω. Các tần số này có thể biểu diễn dưới dạng phổ tần số (như
hình 2.6)
Hình 2.6: Phổ của tín hiệu điều chế
Như vậy muốn để khung cộng hưởng có thể chọn hết cả ba thành phần
của phổ, để cho dao động điều chế lấy ra không bị mộo thỡ dải thông của
khung không thể bé hơn 2Ω. Khoảng tần số 2Ω gọi là độ rộng của dải sóng.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
12
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Độ rộng của dải sóng sẽ hạn chế số đài phát có thể hoạt động đồng thời
mà không làm nhiễu loạn lên nhau. Vì thế việc mở rộng mạng lưới các đài
truyền thanh truyền hình đòi hỏi phải dùng những dải tần ngày càng cao.
2.1.2. Nguyờn lớ điều biên cân bằng
Hình 2.7: Sơ đồ điều biên cân bằng: A) dùng điốt; B) dùng Tranzito
Hình 2.7 là sơ đồ điều biên cân bằng dùng hai điốt (hoặc hai BJT). Có thể
coi đây là hai sơ đồ điều biên một điốt (một Tranzito) ghép chung trên một
tải. Điện áp sóng mang đặt lên hai điốt là đồng pha, điện áp tín hiệu sơ cấp
dặt lờn chỳng là ngược pha, nên ta có:
u
D1
(t) = u

(t) + u
2Ω
(t) = U

1m
cosωt + U
2m
cosΩt
u
D2
(t) = u

(t) - u
2Ω
(t) = U
1m
cosωt - U
2m
cosΩt
Thay giá trị của hai điện áp trên vào công thức 2.3 rồi biến đổi ta được dòng
điện qua cuộn thứ cấp của biến áp là:
i = i
D1
– i
D2
= I
1
cosΩt + I
2
cos3Ωt + I
3
[cos(ω+Ω)t + cos(ω-Ω)t] +
+ I
4

[cos(2ω+Ω)t + cos(2ω-Ω)t] ( 2.10)
Tín hiệu điều biên cân bằng chính là thành phần thứ ba trong công thức
2.10. Trong đó biên độ I
3
= 2bU
1m
U
2m
tăng gấp hai lần so với biên độ tín
hiệu điều chế trong sơ đồ một điốt.
2.1.3. Nguyờn lớ điều biờn vũng
Sơ đồ điều biờn vũng với bốn điốt trình bày trờn hỡnh 2.8. Sơ đồ này gồm
hai sơ đồ điều biên cần bằng.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
13
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Hình 2.8: Sơ đồ điều biờn vũng
Điện áp tín hiệu sơ cấp U
2
đặt lên các điốt D
1
và D
3
, D
2
và D
4
là đồng pha

từng cặp một, còn dao động cao tần U
1
thì là các cặp D
1
và D
2
, D
3
và D
4
nên
ta có:
u
D1
(t) = u

(t) + u
2Ω
(t) = U
1m
cosωt + U
2m
cosΩt
u
D2
(t) = u

(t) - u
2Ω
(t) = U

1m
cosωt - U
2m
cosΩt
u
D3
(t) = - u

(t) + u
2Ω
(t) = - U
1m
cosωt + U
2m
cosΩt
u
D4
(t) = - u

(t) - u
2Ω
(t) = - U
1m
cosωt - U
2m
cosΩt
Thay giá trị của bốn điện áp trên vào công thức (2.3) rồi biến đổi ta được
dòng điện qua cuộn thứ cấp của biến áp là:
i = (i
D1

– i
D2
) + (i
D4
– i
D3
)
i = I[cos(ω+Ω)t + cos(ω-Ω)t] ( 2.11)
Tín hiệu điều biên cân bằng chính là thành phần thứ ba trong công thức
(2.11). Trong đó I = 4bU
1m
U
2m
tăng gấp bốn lần so với biên độ tín hiệu điều
chế trong sơ đồ điều biên cân bằng, khử được các hài bậc lẻ của Ω và cỏc
biờn tần của ω. Trong thực tế đầu ra của mạch điều biên vồng có thể không
cần dùng mạch lọc.
2.2.Các sơ đồ thực hiện điều biên dùng Tranzito
2.2.1. Điều chế cực gốc
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
14
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Hình 2.9: Sơ đồ điều chế cực gốc
Cả dao động cao tần U
1(ω)
và dao động âm tần U
2(Ω)
đều được đặt vào cực

gốc của tranzito. Dòng cực góp của tranzito là dòng biến thiên phức tạp,
trong đó thành phần điều chế biểu diễn bằng biểu thức 4.6 được khung cộng
hưởng L
3
C
5
lọc ra. Các tụ C
2

C3
phải chọn sao cho để hai tín hiệu đều
được đặt trực tiếp vào giữa cực gốc và phát. Đối với cao tần, tụ C
2
và C
3

dung kháng nhỏ nờn cỏc tụ này coi như nối tắt cao tần với cực phát. Đối với
âm tần tụ C
3
phải có trị số để nối tắt tín hiệu với cực phỏt, cũn tụ C
2
có trị số
đủ nhỏ để tín hiệu không bị ngắn mạch trờn nó.
2.2.2. Điều chế cực phát
Hình 2.10: Sơ đồ điều chế cực phát
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
15
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy

Hai tín hiệu U
1
và U
2
qua hai biến áp cùng đặt vào cực phát và thông qua
tụ C
2
đặt vào cực gốc. Khung cộng hưởng LC chọn tín hiệu đã được điều
chế. Các điện trở R
1
, R
2
định thiờn phõn ỏp cho tranzito
2.2.3. Điều chế cực góp
Hình 2.11: Sơ đồ điều chế cực góp
Đặc điểm của sơ đồ này là dùng sơ đồ một máy phát ba điểm. Tín hiệu
cao tần U
1(ω)
do máy phát tạo ra xuất hiện trên khung LC. Tần số dao động
cao tần do khung LC quyết định, đồng thời khung LC cũng là khung cộng
hưởng để láy tín hiệu cao tần điều chế. Tín hiệu âm tần U
2(Ω)
làm điều chế
qua biến áp đặt trực tiếp vào cực góp của tranzito. Tín hiệu âm tần làm điều
chế trong sơ đồ này phải khá lớn thì mới điều khiển được biên độ cao tần ở
cực góp của tranzito.
III. ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ VÀ ĐIỀU CHẾ PHA
3.1. Nguyên tắc điều chế tần số
Biến điệu tần số là tần số của sóng mang biến thiên theo qui luật của tín
hiệu cần truyền đi.

Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
16
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Hình 2.12: Dạng tín hiệu điều chế tần số
Trong nửa chu kỳ đầu của dao động làm điều chế, tần số sóng mang cực
đại khi biên độ âm tần cực đại, sau đó giảm dần đến giá trị ω
0
. Trong nửa
chu kỳ sau tần số sóng mang giảm dần đến cực tiểu rồi tăng lên đến ω
0.
Nguyên tắc chung để thực hiện điều chế tần số là cần tác dụng tín hiệu
âm tần cần truyền đi lên một yếu tố nào đó của máy phát cao tần, làm cho
tần số của dao động cao tần biến đổi theo qui luật của tín hiệu âm tần.
Hình 2.13: Mạch nguyên lý biến điệu
Hình 2.13 nêu nguyên tắc biến điệu tần số. Tụ C
X
có điện dung biến đổi
theo qui luật của tín hiệu, làm cho tần số của mạch dao động LC biến đổi
theo qui luật của tín hiệu.
3.2. Quan hệ giữa điều tần và điều pha
Điều tần và điều pha là quá trình ghi tin tức vào tải tin, làm cho tần số hoặc
pha tức thời của tải tin biến thiên theo qui luật của tín hiệu làm điều chế.
Tần số và góc pha có mối qua hệ:
dt
d
ψ
ω
=

(2.12)
Với tải tin là dao động điều hòa:
u
1
(t) = U
1m
cosψt = U
1m
cos(ωt+φ
0
) (2.13)
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
17
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Từ (2.12) rút ra:
)()()(
0
tdttt
t
ϕωψ
+=

(2.14)
Thay (2.14) vào (2.13), ta được:
)]()(cos[ U= (t)u
0
1m1
tdtt

t
ϕω
+

(2.15)
Giả sử tín hiệu làm điều chế là tín hiệu đơn âm:
u
2
= U
2m
cosΩt (2.16)
Khi điều tần hoặc điều pha thì tần số hoặc pha của dao động cao tần biến
thiên tỉ lệ với tín hiệu điều chế và được xác định:
ω(t) = ω
0
+ K
đt
U
2m
cosΩt = ω
0
+ Δω
m
cosΩt (2.17)
φ(t) = φ
0
+ K
đp
U
2m

cosΩt = φ
0
+ Δφ
m
cosΩt (2.18)
Trong đó Δω
m
, Δφ
m
là lượng di tần và pha cực đại.
Khi điều tần thỡ thỡ gúc pha ban đầu không đổi, do đó φ(t) = φ
0
.
Thay 2.17 và 2.18 vào 2.15 và lấy tích phân lên ta được biểu thức của tín
hiệu đã điều tần và điều pha:

)sincos()(
001
ϕ
ω
ω
+Ω


+=
tUtu
m
mđt
(2.19)
)coscos()(

001
ϕϕω
+Ω∆+=
ttUtu
mmđp
(2.12)
Lượng di pha đạt được khi điều pha là:
Δφ = Δφ
m
cosΩt.
Tương ứng có lượng di tần:
Δω = dΔφ/Δt = Δφ
m
ΩsinΩt (2.21)
Lượng di tần cực đại khi điều pha:
Δω
m
= Δφ
m
Ω = ΩK
đp
U
2m
(2.22)
Từ (2.21) và (2.22) ta thấy rằng sự khác nhau cơ bản giữa điều tần và điều
pha là luộng di tần khi điều pha tỉ lệ với biên độ điện áp và tần số tín hiệu
làm điều chế, còn lượng di tần điều tần tỉ lệ với biên độ điện áp làm điều
chế.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội

18
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Vì vậy từ một mạch điều chế pha có thể lấy ra tín hiệu điều chế tần số nếu
trước khi đưa vào điều chế pha đưa qua mạch tích phân. Và ngược lại, có
thể lấy tín hiệu điều pha tuef một mạch điều tần nếu tín hiệu điều chế được
đưa qua mạch vi phân trước khi đưa vào điều chế tần số:
3.3. Phổ của dao động đã điều tần và điều pha
Trong biểu thức 92.17), cho φ
0
= 0, đặt Δφ
m
/Ω = M
f
gọi là hệ số điều tần, ta
sẽ có biểu thức điều tần:
u
đt
(t) = U
1m
cos(ω
0
t + M
f
sinΩt)
Tương tự ta có biểu thức của dao động điều pha:
u
đp
(t) = U
1m

cos(ω
0
t + McosΩt)
Trong đó M = Δφ
m
Thông thường tín hiệu làm điều chế là tín hiệu bất kỳ gồm nhiều thành phần
tần số. Lúc đó tín hiệu điều chế tần số và điều chế pha có thể biểu diễn tổng
quát theo biểu thức:
)]cos(cos[
1
01 ii
m
i
imđc
tMtUu
ϕω
+Ω∆+=

=
Nếu không xột độn pha thì phổ của tín hiệu diều tần và điều pha là giống
nhau, gồm thành phần tải tần ω
0
và vô số cỏc biờn tần ω
0
+ nΩ.
Các tính toán trờn đó chỉ ra rằng độ rộng dải tần của tín hiệu điều chế tần số
không phụ thuộc vào tin tức:
D = 2Δω
m
Nhưng điều chế pha băng tần lại phụ thuộc tần số tín hiệu làm điều chế:

D = 2ΩΔω
m
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
19
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
3.4. Mạch điều tần và điều pha
3.4.1. Sơ đồ điều tần dùng VARICAP.
Hình 2.14: a) Sơ đồ mạch điều chế tần số
b) Đặc trưng Vụn-Ampe của điốt biến dung
Trờn hình là sơ đồ mạch thực hiện điều tần dùng điốt biến dung (Điốt
biến dung có điện dung thay đổi phụ thuộc vào điện áp ngược biểu diễn
bằng đường đặc trưng Vụn-Ampe như hình vẽ b). Tranzito cùng với tụ điện
C
1
, R
1
, khung dao động L
2
C
2
tạo thành máy phát cao tần ω. Người ta mắc
điốt biến dung vào mạch khung dao động L
2
C
2
của máy phát cao tần. Các tụ
C
3

,C
4
có điện dung khá lớn nờn cỏc tụ này coi như ngắn mạch đối với cao
tần, nhưng đối với âm tần tác dụng vào mạch làm điện dung của điốt biến
dung thay đổi, do đó làm điện dung của mạch L
2
C
2
thay đổi. kết quả là tần
số của máy phát cao tần thay đổi theo qui luật của tín hiệu âm tần. Vậy mục
đích điều tần đạt được.
Chú ý: Trong điều tần có xảy ra điều biên kèm theo, nhưng người ta tìm
cách khử nó đi chỉ để lại điều tần. Mạch khử được điều biờn đú được gọi là
bộ hạn biên.
3.4.2. Điều tần dùng Tranzito điện kháng
Phần tử điện kháng (dung tính hoặc cảm tính) có trị số biến thiên theo điện
áp điều chế đặt trờn nó được mắc song song với hệ dao động cảu bộ dao
động, làm cho tần số dao động thay đổi theo tín hiệu làm điều chế. Phần tử
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
20
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
điện kháng được thực hiện nhờ một mạch di pha trong mạch hồi tiếp của
BJT. Có bốn cách mắc phần tử điện kháng như hình vẽ:
Với mạch phõn ỏp RC ta tính được:
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
21
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị

Thúy
Rõ rang khi điện áp điều chế đặt vào Bazo của phần tử điện kháng thay đổi
thì S thay đổi và do đó các tham số L

, C

thay đổi làm cho tần số dao động
thay đổi.
Điều tần dùng phần tử điện kháng có thể đạt được lượng di tần tương đối
(Δf/f
t
) khoảng 2%.
Hình 2.15: Sơ đồ mạch tạo dao động điều tần phần tử điện khỏng phõn ỏp
RC.
3.4.3. Mạch điều pha theo Amstrong
Tải tin thừ thạch anh đưa đến bộ điều biên 1 (ĐB1) và điều biên 2 (ĐB2)
lệch pha 90
0
, còn tín hiệu điều chế u
2
đưa đến hai mạch điều biên ngược pha.
Điện áp ra trên hai bộ điều pha:
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
22
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Đồ thị véc tơ của tín hiệu và cỏc véc tơ tổng của chúng
là một dao động được điều chế pha và biên độ, Điều biên ở
đây là điều biên ký sinh.

Để hạn chế điều biờn kớ sinh ta chọn Δφ nhỏ (Δφ<0.35).
3.5. Bộ hạn biên
Bộ hạn biờn dựng để khử điều biên và do đó có thể khư nhiễu vì nhiễu
trên đường truyền chủ yếu tác động vào biên độ, nên sau khi xộn biờn tín
hiệu điều tần coi như không ảnh hưởng.
Nguyên lý của bộ hạn biên dựa trên tính chất của yếu tố phi tuyến (điốt).
Hình 2.15: a) Đặc tuyến bộ hạn biên
b) Sơ đồ nguyên lý bộ hạn biên
Trên sơ đồ, bộ R
1
, E
1
có tác dụng dịch đặc tuyến của D
1
về phía õm, cũn
bộ R
2
, E
2
có tác dụng dịch đặc tuyến của D
1
về phía dương.
D = 2ΩΔω
m
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
23
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT TÁCH SểNG

Để nghiên cứu thực nghiệm về tỏch súng, ta cần phải tìm hiểu về lý
thuyết tỏch sóng.
Tỏch sóng là quá trình tách tín hiệu âm tần ra khỏi sóng mang cao tần.
Ở nơi phát người ta thường dùng hai cách điều chế là điều chế biên độ và
điều chế tần số, nên ta tìm hiểu hai loại tỏch súng là tỏch súng điều biên và
tỏch súng điều tần.
I. TÁCH SểNG ĐIỀU BIấN
1.1. Lý thuyết tỏch súng điều biên
1.1.1. Tỏch súng phi tuyến
Ở nơi thu ta thu được dao động
cao tần điều biờn cú dạng:
u = U
0
( 1 + McosΩt)cosωt (3.1)
Tín hiệu điều biờn cú đặc điểm là
biên độ của dao động cao tần biến
đổi theo qui luật của tín hiệu âm tần.
Hình 3.1: Tín hiệu điều biên
Nhiệm vụ của ta là tách tín hiệu âm tần làm điều chế: u
2
= U
m
cosΩt ra khỏi
dao động cao tần.
Đặt dao động cao tần điều biên u lên yếu tố phi tuyến là điốt có đặc tuyến
Vụn–Ampe:
i = f(u) = C + au + bu
2
+ … (3.2)
Và được biểu diễn trên hình vẽ:

Hình 3.2: a) Đặc trưng Vụn-Ampe của điốt bán dẫn
b) Mạch nguyên lý tỏch súng điều biên
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
24
Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị
Thúy
Thay (1) vào (2) và lấy gần đúng đến số hạng bậc hai ta được:
( )
222
00
)cos1(coscoscos1 tMtbUttMaUCi
Ω++Ω++=
ωω
(3.3)
ttMbUttMbU
tbUttaMUtaUCi
ωω
ωωω
2222
0
22
0
22
000
coscoscoscos2
coscoscoscos
Ω+Ω+
++Ω++=⇒
)2cos1)(2cos1(

4
1
cos)2cos1(
)2cos1(
2
1
])cos()[cos(
2
1
cos
22
0
2
0
2
000
ttMbUttMbU
tbUttaMUtaUCi
ωω
ωωωω
+Ω++Ω++
+++Ω++Ω−++=⇒
)2cos
4
(cos
2
00
t
M
tMbUiIi

ct
Ω+Ω++=⇒
(3.4)
Trong đó I
0
là thành phần dòng điện không đổi, i
ct
là tập hợp các dòng điện
cao tần cú cỏc tần số ω, 2ω, ω±Ω, 2ω±Ω, 2(ω±Ω).
Mục đích của ta là thu được thành
phần âm tần có tần số Ω có dạng
(hình 3.3)
Hình 3.3: Tín hiệu âm tần
Nhưng thành phần tần số 2Ω rất gần với tín hiệu ta cần thu, do đó rất khó
để tách được nó ra. Thành phần này gây ra méo tín hiệu.
Vậy có hai thành phần âm tần có tần số Ω và 2Ω được tách ra khỏi thành
phần cao tần nhưng chỉ có thành phần tần số Ω là có ích còn thành phần tần số
2Ω gõy mộo phi tuyến. Thành phần tần số 2Ω càng yếu nếu M càng bé tức độ
sâu điều chế càng nhỏ. Do đó để hạn chế sự méo tín hiệu thì phải làm giảm
thành phần có tần số 2Ω càng nhiều càng tốt, bằng cách ở nơi phát ta điều chế
tín hiệu với độ sâu điều chế nhỏ (M nhỏ). Việc xuất hiện thành phần 2Ω là
nhược điểm của tỏch súng phi tuyến. Để khắc phục nhược điểm này ta dựng
tỏch súng tuyến tính.
Líp: CLC - K55 - Khoa Vật lý Trường ĐHSP
Hà Nội
25

×