malab điều chế và giải điều chế số ask

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ




LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP



ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT TÍN HIỆU
ĐIỀU CHẾ DÙNG
MATLAB





Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THANH HẢI
Sinh viên thực hiện NGUYỄN NHƯ CƯỜNG
Lớp : 95 KĐĐ

TP. HỒ CHÍ MINH 3 - 2000


CHƯƠNG 1
ĐIỀU BIÊN (AM: Amplitude modulation)
I. Phổ của tín hiệu điều biên:
Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức.
Giả thiết tin tức là tín hiệu âm tần có phạm vi biến đổi tần số từ Ω
min
÷Ω
max
,
ta có:
V
Ω
= V
Ω
.cosΩt (1.1)
Tải tin là dao động cao tần:
V
ωo
= V
0
.cosω
0
t (1.2)
Từ (1-1) và (1-2) ta được tín hiệu điều biên có dạng:
(

)( )
() ()
3.1tcostcosm1V
tcostcos
V
V
1V
tcostcosVVtV
00
0
0
0
00AM
ωΩ+=
ω
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Ω+=
ω
Ω
+=
Ω
Ω

Trong đó:
0
V
V
m
Ω
=
là hệ số điều chế hay còn gọi là độ sâu điều chế. Hệ số
điều chế “m” phải thỏa mãn điều kiện m ≤ 1. Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng
điều chế và tín hiệu méo trầm trọng (hình 1-1).
Trong thực tế m
max
= 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bò méo. Ta
xác đònh “m” trong thực tế bằng cách đo các giá trò V
max
, V
min
và áp dụng công
thức:
()
4.1
VV
VV
2
VV
2
VV
V
V
m

minmax
minmax
minmax
minmax
0
+
−
=
+
−
==
Ω


Khi m = 1 ta có V
max
= 2V
0
và V
min
= 0.
Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta có:
() ()()
5.1tcos
2
mV
tcos
2
mV
tcosVV

0
0
0
0
00AM
Ω−ω+Ω+ω+ω=



















V
0
t
0
t

V
Ω
0

0 5 10 15 20
-3
-2
-1
0
1
2
3
t
V
AM
m < 1
0 5 10 15 20
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
t
V
AM

m = 1
0 5 10 15 20
-6
-4
-2
0
2
4
6
t
V
AM
m > 1
Hình 1.1 Dạng tín hiệu V
Ω
, V
0
và tín hiệu điều biên V
AM

Như vậy khi điều
chế đơn âm phổ của tín
hiệu điều biên AM có ba
thành phần: Tải tin có tần
số ω
0
và có biên độ V
0
;
hai dao động biên có tần

số ω
0
± Ω và có biên độ
2
mV
0
như hình 1-2,a. Khi
m=1 thì
2
V
V
0
AM
=
Nếu ta điều chế
một dãi âm tần
(Ω
min
÷Ω
max
) vào tải tin, ta
sẽ có phổ của tín hiệu AM
như hình 1-2,c.
Ta thấy ngoài tải
tin ω
0
có biên độ V
0
còn
có hai biên tần: biên tần

trên có tần số từ (ω
0
-
Ω
min
) đến (ω
0
+ Ω
max
) và
biên tần dưới có tần số từ
(ω
0
- Ω
max
) đến (ω
0
+ Ω
min
)
đối xứng qua tải tin.
Thực chất phổ của các dao động hai biên không đồng điều nhau mà càng
xa ω
0
thì biên độ càng giảm do đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởng không phải là
hình chữ nhật lý tưởng.
II. Quan hệ năng lượng trong điều biên:
Trong tín hiệu đã điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không
mang tin tức. Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còn công suất
biên tần là công suất hữu ích.

• Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tải tin:



P
ωo
= (1.6)
V
2
0

2R
L

ω
0
- Ω ω
0
+ Ω ω
0
Ω
min
Ω
max
ω
ω
ω
ω
0
- Ω

max
ω
0
+ Ω
max
ω
0
ω
0
- Ω
min
ω
0
+ Ω
min
0
0
0
Hình 1-2 Phổ của rín hiệu AM
V
AM
V
Ω
2
mV
0

V
0

• Công suất biên tần:
() ()
()
() ()
()
8.1
2
m
PPPP
7.1
2
m
P
R2
1
2
mV
PP
2
btbtbt
2
L
2
0
btbt
000
000
ωΩ−ωΩ+ω
ωΩ−ωΩ+ω
=+=

=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==

Khi điều chế sâu (100%): m = 1 thì
2
P
P
0
bt
ω
= (1.9)
• Từ (1.3) ta có: V
Ammax
= V
0
(1+m)
Do đó:
()
()
2
L
2
2
0

maxAM
m1P
R2
m1V
P
0
+=
+
=
ω
(1.10)
Khi m = 1 thì P
AMmax
= 4P
ωo
(1.11)
Vậy công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế:
()
12.1
2
m
1P
2
m
PPPPP
2
btAM
0000 ⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=+=+=
ωωωω

Nếu m = 1 thì P
AM
= 3/2 P
ωo
(1.13)
⇒ P
bt
= 1/3 P
AM
(1.14)
• Hệ số lợi dụng công suất:
()
15.1
1m
2
1
2
m
1P
2
mP
P

P
k
2
2
2
AM
bt
0
0
+
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
==
ω
ω

Khi điều chế sâu nhất m = 1 thì
3
1
k =
có nghóa là công suất hữu ích chỉ
bằng một phần ba tổng công suất phát đi.

Trong thực tế để tín hiệu không méo m = 0,7 ÷ 0,8 thì
3
1
k <
. Đây chính là
nhược điểm của tín hiệu AM so với tín hiệu điều biên (SSB).
III. Các chỉ tiêu cơ bản của dao động đã điều biên:
1. Hệ số méo phi tuyến:
Trong đó:
()()
()
Ωω±ω
ω±ωω±ω
++
=
ΩΩ
0
00
I
II
k
2
3
2
2

I
(ωt ± nωs)
(n ≥ 2) là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hài bậc cao

của tín hiệu điều chế;
I
(ωt ± ωs)
là biên độ các thành phần biên tần.
Để đặc trưng cho méo phi tuyến
trong mạch điều khiển, người ta dùng
đặc tuyến điều chế tónh (hình 1.3). Đặc
tuyến điều chế tónh cho biết quan hệ
giữa biên độ tín hiệu ra và giá trò tức
thời của tín hiệu điều chế ở đầu vào.
Dạng tổng quát của đặc tuyến
điều chế tónh được biểu diễn trên hình
1-3.
Đường đặc tuyến điều chế tónh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A.
Đặc tuyến điều chế tónh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi của biên độ dao
động cao tần đầu ra so với giá trò ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với
trò tức thời của điện áp điều chế. Do đó trên đầu ra thiết bò điều biên, ngoài các
thành phần hữu ích (các biên tần), còn có các thành phần bậc cao không mong
muốn khác. Trong đó đáng lưu ý nhất là thành phần của tần số ω
t
± 2ω
s
có thể lọt
vào các biên tần mà không thể lọc được.
Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế
trong đoạn đường thẳng của đặc tuyến điều chế tónh. Lúc đó buộc phải giảm độ
sâu điều chế.
A
B
C

U
Ω
I
0
Hình 1-3: Đặc tuyến điều chế tónh.
A–Giá trò cực đại; B–Tải tin chưa điều chế

2. Hệ số méo tần số:
Để đánh giá độ méo tần số, ngươì ta căn cứ vào đặc tuyến biên độ – tần
số:
M = f(F
s
)⏐
Us = const

Hệ số méo tần số được xác đònh theo biểu thức:

Trong đó:
m
0
– hệ số điều chế lớn nhất;
m – hệ số điều chế tại tần số đang xét;
Méo tần số xuất hiện chủ yếu trong các tầng khuyếch đại âm tần (khuyếch
đại tín hiệu điều chế), nhưng cũng có thể xuất hiện trong các tầng điều chế và sau
điều chế, khi mạch lọc đầu ra của các tầng này không đảm bảo băng thông cho
phổ của tín hiệu đã điều biên(2F
max
)
IV. Phương pháp tính toán mạch điều biên:
Các mạch điều biên được xây dựng dựa vào hai nguyên tắc sau đây:

- Dùng phần tử phi tuyến : cộng tải tin và tín hiệu điều chế trên đặc tuyến của
phần tử phi tuyến đó.
- Dùng phần tử phi tuyến có tham số điều khiển được: nhân tải tin và phi tín hiệu
điều chế nhờ phần tử phi tuyến đó.
1. Điều biên dùng phần tử phi tuyến:
Các phần tử phi tuyến được dùng để điều biên có thể là đèn điện tử, bán
dẫn, các đèn có khí, cuộn cảm có lõi sắt hoặc điện trở có trò số biến đổi theo điện
áp đặt vào.

M = Hoặc M
dB
= 20logM (1.17)
m
0

m

Tùy thuộc vào điểm làm việc được chọn trên đặc tuyến phi tuyến, hàm số
đặc trưng cho phần tử phi tuyến, có thể biểu diễn gần đúng theo chuỗi Taylor khi
chế độ làm việc của mạch là chế độ A(θ = 180
0
) hoặc phân tích theo chuỗi Fourier
khi mạch làm việc ở chế độ mà góc cắt θ < 180
0
(chế độ lớp AB, B, C). phương
pháp tính toán cho hai trường hợp đó như sau:
a). Trường hợp 1: θ = 180
0
.
Giả thiết mạch điều biên dùng Diode (hình 1-5). Nếu các tín hiệu vào

thỏa mãn điều kiện ⏐V
0
⏐ + ⏐V
Ω
⏐ < ⏐E⏐ (2.18)
thì mạch làm việc ở chế độ A (θ = 180
0
) Hàm số đặt trưng cho phần tử phi
tuyến (diode) xung quanh điểm làm việc được biểu diễn theo chuỗi Taylor:
i
D
= a
1
u
D
+ a
2
u
D
2
+ a
3
u
D
3
+… (1.18)
với u
D
= E
D

+ U
0
cos
0
t + U
Ω
cos
Ω
t
Thay u
D
vào biểu thức (1.18), nhận được:
I
D
= a
1
(E

+ U
0
cosω
0
t + U
Ω
cosω
Ω
t) + a
2
(E + U
0

cosω
0
t + U
Ω
cosω
Ω
t)
2
+ +
a
3
(E + U
0
cosω
0
t + U
Ω
cosω
Ω
t)
3
+… (1.19)
Khai triển (1.18) và bỏ qua các số hạng bậc cao n ≥ 4 sẽ có kết quả
mà phổ của nó được biểu diễn trên hình 1.6. Phổ của tín hiệu ra trong trường
hợp này gồm thành phần phổ mong muốn. Các thành phần phụ bằng không
khí.
A
3
= a
4

= a
5
= … = a
2n+1
= 0 (n = 1, 2, 3,…)
Nghóa là nếu đường đặc tính của phần tử phi tuyến là một đường cong bậc
hai thì tín hiệu đã điều biên không có méo phi tuyến. Phần tử phi tuyến có đặc tính
gần với dạng lý tưởng (bậc 2) là FET.
Để thỏa mãn điều kiện (1.18), tải tin và tín hiệu điều chế phải có
biên độ bé, nghóa là phải hạn chế công suất ra. Vì lý do đó, rất ít dùng điều
biên chế độ A.

ω
0
Hình 1.6 Phổ của tín hiệu điều biên khi mạch làm việc ở chế độ A
ω
Ω
2ω
Ω
3ω
Ω
ω
0
+ ω
Ω

ω
0
+ 2ω
Ω

ω
0
+ 3ω
Ω

ω
0
- ω

Ω

ω
0
- 2ω
Ω

ω
0
- 3ω
Ω

2ω
0
2ω
0
+ ω
Ω

2ω
0
+ 2ω
Ω

2ω
0
- ω
Ω

2ω

0
- 2ω
Ω

ω

t

i
i
U
D
0

E
0

t

U
D
0

Hình 1.5 Điều biên ở chế độ A
a) Mạch điện dùng Diode; b) Đặt tuyến của Diode
ω
Ω
D
1uF
1k

+
10V
b

a)

+ E
0
-
C
B
D


b) Trường hợp 2:
θ
< 180
0

Khi θ < 180
0
, nếu biên độ điện áp đặt vào diode đủ lớn thì có thể coi đặc
tuyến của nó là một đường gấp khúc (hình 1-7). Phương trình biểu diễn đặt tuyến
của diode trong trường hợp này như sau:


S: hỗ dẫn của đặc tuyến diode
Chọn điểm làm việc ban đầu trong khu tắc của diode (ứng với chế độ
C)
Vì dòng qua diode là một dãy xung hình sin (hình 1-7b), nên có thể biểu

diễn i
D
theo chuỗi Fourier như sau:
I
D
= I
0
+ i
1
+ i
2
+…+ i
n
+…= I
o
+ I
1
cosω
0
t + I
2
cos2ω
0
t + + I
n
cosnω
0
t (1.21)
Trong đó:
I

0
: thành phần dòng điện một chiều;
I
1
: biên độ thành phần dòng điện cơ bản đối với tải tin;
I
2
, I
3
,…,I
n
: biên độ thành phần dòng điện bậc cao (hài bậc cao) đối với tải
tin;
I
0
, I
1
, I
2
,…, I
n
được tính toán theo các biểu thức xác đònh hệ số của chuỗi
Furier:
()
22.1
ttdncosi
n
I

ttdcosi

2
I
tdi
1
I
0
00Dn
0
00D1
0
D0
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
ωω
π
=
ωω
π
=

ω
π
=
∫
∫
∫
θ
θ
θ


Theo biểu thức (1.20):
i
D
= Su
D
= S(E + U
Ω
cosω
Ω
t + U
0
cosω
0
t) (1.23)
0 khi u
D
≤ 0
I
D

= (1.20)
Su
D
khi u
D
>0

Khi ω
0
t = θ thì I
D
= 0 (hình 2-6), do đó ta có:
0 = S(E + U
Ω
cosω
Ω
t + U
0
cosθ) (1.24)
Lấy (2-22) trừ (2-23) ta có :
i
D
= SU
0
(cosω
0
t - cosθ) (1.25)
Biểu thức (1.25) là một dạng khác của (1.23), nó biểu diễn sự phụ thuộc
của i
D

vào chế độ công tác (góc cắt θ).
Biên độ thành phần cơ bản I
1
(thành phần hữu ích):



Do đó trò tức thời của thành phần cơ bản:


đây θ xác đònh được từ biểu hức (1-24)


(
)
26 1 2sin
2
1SU
ttdcos)cost(cosSU
2
I
t
0
000t 1
.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

⎛

θ
−θ
π
=
ω
ω
θ
−
ω
π
=
∫
θ
U
tcosUE
cos
0
ω
+
− = θ
Ω
Ω
(1.28)
tcos2sin
2
1
SU

i
t
t

1
ω
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

⎛

θ
−
θ
π
=
(1.27)

2. Điều biên dùng phần tử tuyến tính có tham số Thay đổi:
Thực chất quá trình điều biên này là quá trình nhân tín hiệu. Ví dụ về mạch
điện loại này là điều biên dùng bộ nhân tương tự (hình 1-7). Trong mạch điện này,
quan hệ giữa điện áp ra u
db
và điện áp vào u
0
là quan hệ tuyến tính. Tuy nhiên, khi
u
Ω
biến thiên thì điểm làm việc chuyển từ đặc tuyến này sang đặc tuyến khác làm
cho biên độ tín hiệu ra thay đổi để có điều biên.
Căn cứ vào tính chất của mạch nhân, ta viết được biểu thức của điện
áp ra sau đây:
U
đb
= (E + U
Ω
cosω
Ω
t)U
0
cosω
0
t

Hoặc

(
)
(
) ( )
291t cos
2
UU
tcos
2
UU
t cos EUu
0
0
0
0
0 0
.
ω −
ω
+
ω
+
ω
+ ω =
Ω
Ω
Ω
Ω

đb
t

Hình 1.6: Điều biên ở chế độ lớp C (tín hiệu vào lớn)
a) Đặc tuyến của Diode, đồ thò thời gian của tín hiệu vào và tín hiệu ra.
b) Mạch điện.
i
D
i
D
0

0

U
D
U
D
0

U
Ω
(t)
θ
a)

D
1uF
1
+

10V
U
U
0
b)

- E
0
+
D

C
B

Theo (1-28) phổ của tín hiệu ra có tải tin và hai biên tần mong muốn.








V. Các mạch điều biên cụ thể:
Để thực hiện theo nguyên tắc thứ nhất, có thể dùng mọi phần tử phi
tuyến, nhưng nếu dùng bán dẫn, đèn điện tử thì đồng thời với điều biên, còn
có thể khuyếch đại tín hiệu. Về mạch điện, người ta phân biệt các loại mạch
điều biên sau: mạch điều đơn biên, mạch điều biên cân bằng và mạch điều
biên vòng.
1. Mạch điều biên đơn:

Mạch điều biên đơn là mạch chỉ dùng một phần tử tích cực để điều
chế. Các mạch điện trên hình 1-5 và 1-6 là các mạch điều biên đơn dùng
diode. Như đã xét trong hai mạch điều biên, dòng điện ra tải ngoài các
thành phần hữu ích (các biên tần) còn có đủ mọi thành phần không mong
muốn khác (tải tần và các hài bậc cao). Đó là đặc điểm cơ bản của các
mạch điều biên đơn.
• Đặt tuyến Volt-ampe của diode, Transistor hay đèn điện tử chỉ được coi
là gần đúng là thẳng khi tín hiệu vào đủ lớn. Chính vì vậy đối với máy
phát AM quá trình điều chế thường được tiến hành ở đầu cuối, hay trước
cuối. Nếu chỉ dùng Diode ta chỉ thực hiện được điều biên. Còn nếu dùng
Transistor, FET hay đèn điện tử ta thực hiện được điều biên, lại vừa
khuyếch đại được tín hiệu.


U
đb
U
Ω
E

U
0
K

U
đb
U
Ω 3
U
Ω 2

U
Ω 1
U
0
b)

a)

Hình 1-7: Điều biên dùng mạch nhân tương tự
a) Mạch điện; b) Đặc tuyến truyền đạt

• Khi tín hiệu vào nhỏ, đặc tuyến Volt-ampe của diode, transistor, đèn
điện tử được gọi gần đúng là một đường cong:
i = f(V) = a
0
+ a
1
V + a
2
V
2
+ a
3
V
3
+… (1.30)
Sự biểu diễn càng chính xác nếu ta lấy lũy thừa càng cao. Thực tế ta
chỉ xét đặc tuyến đến bậc 3, vì các bậc n > 3 có biên độ rất nhỏ.
• Gọi V
1

= V
ωo
và V
2
= V
Ω
, cho chúng tác dụng vào phần tử phi tuyến ta
có:
i=f(V
1
+V
2
)=a
0
+a
1
V
1
+a
1
V
2
+a
2
V
1
2
+
a
2

V
2
2
+2a
2
V
1
V
2
+a
3
V
1
3
+3a
3
V
1
2
V
2
+3a
3
V
1
V
2
2
+a
3

V
2
3
+… (1.31)
• Để có tín hiệu điều biên ở ngõ ra, chúng ta cần lấy ra:
a
1
V
1
là thành phần tần số sóng mang (tải tin): ω
0

2a
2
V
1
V
2
là thành phần hai dải biên trên (ω
0
+ Ω) và biên dưới (ω
0
- Ω)
• Nếu ta dùng mạch
lọc có tần số cộng
hưởng: ω
CH
= ω
0

như ở hình 1-9 và dải
thông có bề rộng D
= 2Ω, ta sẽ lọc được
hai thành phần trên
và có tín hiệu điều
biên thông thường.
• Nhưng các số hạng 3a
3
V
1
V
2
2
sẽ gồm hai thành phần tần số ω
0
và ω
0
±
2Ω vì cos
2
x = ½(1 + cos2x). Do Ω <<ω
0
nên các thành phần này cũng đi
qua mạch cộng hưởng và gây ra sự méo điều chế không tuyến tính. Còn
các thành phần khác không đi qua được mạch lọc vì Ω, 2Ω << ω
0
, còn
2ω
0
, 3ω

0
>> ω
0

• Để khử méo không tuyến tính ta có hai phương pháp:
- Đặc tuyến volt-ampe của phần tử không tuyến tính phải có dạng bậc 2
để không có các số hạng bậc 3 (hoặc a
3
rất nhỏ). Muốn vậy ta phải dùng
FET.

1uH
1
D
LR
V
Ω
o
V
ω
o
Hình 1-8 Điều biên một ve
á


- Khử méo bằng cách cải tiến mạch, thực hiện điều chế cân bằng như sau:
Trong hình 1-9a, điện áp đặt trên D
1
và D
2

lần lược là:
u
1
= U
Ω
cosω
Ω
t + U
0
cosω
0
t
u
2
= - U
Ω
cosω
Ω
t + U
0
cosω
0
t
Dòng điện qua các diode được biểu diễn thành chuỗi Taylor:
i
1
= a
0
+ a
1

u
1
+ a
2
u
1
2
+ a
3
u
1
3
+…
i
2
= a
0
+ a
1
u
2
+ a
2
u
2
2
+ a
3
u
2

3
+…
Dòng điện ra: i = i
1
-i
2
(1.34)
Thay (2-32), (2-33) vào (2-34) ta có:
i = Acosω
Ω
t+ Bcos3ω
Ω
t+ C[cos(ω
0
+ω
Ω
)t+ cos(ω
0
-ω
Ω
)t]+ D[cos(2ω
0
+ω
Ω
)+
cos(2ω
0
-ω
Ω
)t] (1.35)

Trong đó:
A = U
Ω
2a
1
+3a
3
U
0
2
+½(a
3
U
Ω
2
)
B = ½(a
3
U
Ω
3
)
C =2a
2
U
Ω
U
0

D=3/2(a

3
U
Ω
U
0
)

Tương tự như vậy cũng chứng minh kết quả đó trên mạch điện hình
1-9b, Trong trường hợp cần có tải tin ở đầu ra, sau khi điều chế có thể đưa
thêm tải tin vào phổ của tín hiệu ra của mạch điều biên đã cân bằng được
biểu diễn trên hình 1-9c.
(1.32)
(1.33)
1.36









Một dạng khác của mạch điều chế cân bằng là mạch điều chế vòng,
thực chất đây là hai mạch điều chế cân bằng có chung tải. Sơ đồ mạch điều
biên biểu diễn trên hình 1-10.
Gọi phần điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D
1
, D
2

là i
1
và
dòng điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D
3
, D
4
là i
II
. Theo 1.35:
I
I
= Acosω
Ω
t+ Bcos3ω
Ω
t+ C[cos(ω
0
+ω
Ω
)t+ cos(ω
0
-ω
Ω
)t]+ D[cos(2ω
0
+ω
Ω
)+
cos(2ω

0
-ω
Ω
)t] (1.37a)
I
II
= i
D3
- i
D4
(1.37b)
Trong đó:
i
D3
= a
0
+a
1
u
3
+a
2
u
3
2
+a
3
u
3
3

+…
i
D4
= a
0
+a
1
u
4
+a
2
u
4
2
+a
3
u
4
3
+…


Với u
3
và u
4
là điện áp đặt lên D
3
và D
4

, được xác đònh như sau:
1.38
C
C
D
1
D
2
i
1
i
2
U
đb
U
Ω
U
0
U
Ω
U
0
- U
CC

+
U
đb
a)
b)

0
ω
Ω
3ω
Ω
ω
t
+3ω
Ω
ω
0 2ω
0
ω
t
-3ω
Ω
Hình 1.9: Mạch điều biên cân bằng.
a) Dùng diode; b) Dùng Transistor; phổ tín hiệu ra;
ω
0
- ω
Ω
ω
0
+ ω
Ω
2ω
0
+ ω
Ω

2ω
0
- ω
Ω

u
3
=-U
0
cosω
0
t-U
Ω
cosω
Ω
t
u
4
=-U
0
cosω
0
t-U
Ω
cosω
Ω
t

Thay (1.38), (1.39) vào (1-37b) ta được:
i
II
=- Acosω
Ω
t - Bcos3ω
Ω
t+ C[cos(ω
0
+ω
Ω
)t+ cos(ω
0
-ω
Ω
)t]- D[cos(2ω
0
+ω
Ω
)+
cos(2ω
0
-ω
Ω
)t] (1.40)
A, B, C, D trong các biểu thức (1.37a), (1.40) được xác đònh theo biểu
thức (1.36). Từ (2.37a) và (1.40) xác đònh được dòng điện ra:

i
đb
= i
I
+i
II
= 2 C[cos(ω
0
+ω
Ω
)t+ cos(ω
0
-ω
Ω
)t] (1.41)
Vậy dùng mạch điều chế vòng còn có thể khử được các hài bậc lẻ của ω
Ω

và các biên tần của 2ω
0
, do đó méo phi tuyến rất nhỏ. Phổ tín hiệu ra của mạch
điều chế vòng được biểu diễn trên hình 1-10b.
1.39
D
D
D
D
U
đb
U

Ω
C
B
C
B
U
0
ω
ω
0
- ω
Ω
ω
0
+ ω
Ω
ω
0
Hình 1.10: Mạch điều biên vòng.
a) Mạch điện; b) Phổ tín hiệu
0

Mạch điều chế
vòng cũng có thể coi là
một mạch nhân. Nguyên
tắc nhân được minh họa
trên hình 1-11. Giả thiết
tải tin là dãy xung hình
chữ nhật. Tùy thuộc vào
sự thay đổi của tải tin,

lúc thì D
1
, D
2
mở , lúc thì
D
3
và D
4
mở, cặp diode
còn lại ngắt làm cho tín
hiệu vào u
Ω
thay đổi cực
tính theo nhòp của u
0
.
Tác dụng của mạch điều
chế vòng đúng như một
mạch nhân.

3. Mạch điều chế bằng Transistor:
Về nguyên lý điều biên bằng Transistor cũng gồm các loại :
Trong trường hợp Tranzistor lưỡng cực, FET, đèn điện tử để điều
biên, người ta phân biệt các loại mạch điều biên sau đây: điều biên base,
điều biên collector, điều biên cửa, điều biên máng, điều biên anot, điều
biên lưới,… Các loại mạch điều biên có tên gọi tương ứng với cực mà điện
áp điều chế được đặt vào.
Các Transistor cũng hoạt động ở chế độ kém áp (ξ= 0,85 ÷0,95ξ
th

) và
được chọn sao cho có thể duy trì độ tuyến tính của đặc tính điều chế.
Người ta thường sử dụng việc tạo thiên áp hỗn hợp cho base để duy
trì điều chế tuyến tính và giữa góc cắt θ = 90
0
. Trên hình 1-13 là một mạch
điều biên collector biến đổi theo điện áp âm tần:
V
*
CC
=V
CC
+ V
Ω
cosΩt (1.42)
V
CC
: điện áp nguồn cung cấp trong trường hợp sóng mang không điều
chế.
V
Ω
:Biên độ điện áp âm tần từ bộ khuếch đại công suất âm tần.
U
Ω
U
0
U
đb
t

t

t

Hình 1-11: Minh họa tác dụng của
mạch điều chế vòng như một mạch
0

0

0











Đối với Transistor, điện áp của Collector không được tăng quá giá trò
an toàn cực đại dù trong thời gian ngắn. Bởi vậy cần phải thỏa mãn điều
kiện:
V
ωo
+ V
Ω
< V

Cemax
= BV
CEO
(1.43)
Trong đó :
- V
ωo
: điện áp cao tần cực đại ở collector khi m=1;
- BV
CEO
: điện áp đánh thủng cho phép cực đại;
Khác với đèn điện tử, điều biên Collector có công suất đánh giá bằng
công suất đỉnh:
P
TB
= P
ωo
(1+m)
2
/η
CH
(1.44)
η
CH
: hiệu suất của mạch cộng hưởng.
• Trong trường hợp tổng quát, đặt tuyến điều chế I
C1
(V
CC
) là phi tuyến

như hình 2-14. Khi đó:
• I
C1
= I
C1max
(V
CC
/V
Ccmax
)
1-δ
(1.45)

δ : hệ số biến thiên 0 ≤ δ ≤ 0,25
V
ωo
V
CC
Tới tầng trước

Tới bộ KĐCS âm tần

V
Ω
Ra

L

C
→∞

C
1
C
2
C
→∞
L
ch
Hình 1-12: Điều biên Collector

Đặc tuyến điều chế Collector có thể được tuyến tính hóa nhờ điều chế phụ
base.
Khi điện áp Collector thấp mối nối Collector được phân cực thuận bởi
điện áp đầu vào. Do vậy dao động cao tần trực tiếp đi qua mối nối
Collector phân cực thuận. Sự thay đổi của dòng Collector trong vùng 0-a
xuất hiện bởi điều chế quá mức khi tín hiệu lớn. Để tránh méo phi tuyến
gây ra người ta áp dụng điều chế Collector phụ được thực hiện ở Collector
của tầng trước đó.








Ta có thể thực hiện điều chế cân bằng không có mạch lọc đầu ra
dùng Transistor (hình 1-14). Ưu điểm của nó là méo phi tuyến nhỏ, biên độ
điều biên ở đầu ra lớn.
VI. VÍ DỤ MINH HỌA:

1. Cho tín hiệu điều biên với hệ số điều chế m=2, tần số điều chế Ω
=10Khz. Tín hiệu tải tin có biên độ V
0
=5mV và tần số ω
0
=1Mhz
a) Viết phương trình tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế.
b) Vẽ dạng tín hiệu đã điều chế.
Giải:
a) Ta có: V
0
(t) = 0.005 cos (2π*10
6
) t
Ta lại có:
0
V
V
m
Ω
= ⇒ V
Ω
= mV
0
= 2*0.005 =0.01
0
I
C1
V
CC

V
Ω
V
AM

V
R
V
ωo
-V
AM
+
Hình 1-13: Đặc tuyến
điều chế Collevtor
Hình 1-14:ĐBCB
Transistor

⇒ Tín hiệu điều chế:
V
Ω
= 0.01 cos (2π*10
4
) t
⇒ Tín hiệu đã điều chế:
V
AM
(t) = 0.005 [cos (2π*10
6
) *t]*[ 1+ 2 cos(2π*10
4

) *t].
b) Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế:

fc=10^6;fm=10^4;
T=1/fc;
t=0:T/200:100*T;
V
AM
(t)=0.005*cos(2*pi*fc*t).*[1+2*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,V
AM
(t))
Title('DC-AM,m>1')









2. Cho mạch điều biên collector như hình vẽ.

+V
+12v
100p
10K
TF
2
TF
1
T
1

2N39C
LF
HF
AM
Hình 1-15: Bộ điều biên sử dụng Transistor
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x 10
-4
-0.015
-0.01
-0.005

0
0.005
0.01
0.015
DC-AM,m>1





Có tín hiệu tải tin: V
0
(t) = 10 cos (2π *10
6
) t
Và tín hiệu điều chế: V
Ω
(t) =7 cos (π*10
4
) t
Hãy tìm giá trò của hệ số điều chế m và biểu thức của tín hiệu đã điều chế.Vẽ
dạng tín hiệu đã điều chế.

Giải:
- Hệ số điều chế m: m = 7.0
10
7
V
V
0

==
Ω

- Biểu thức của tín hiệu đã điều chế:
V
AM
(t) = 10 cos (2π*10
6
) t *[ 1+ 0.7* cos (2π*10
4
) t]
- Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế:

fc=10^6;fm=10^4;
T=2/fc;
t=0:T/50:100*T;
V
AM
(t)=10*cos(pi*fc*t).*[1+.7*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,V
AM
(t))
title('DC-AM,m<1')

3. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều biên và vẽ dạng tín hiệu điều biên đó với
tín hiệu tải tin: V
0
(t) = 5 cos (2π*1.7*10
6
) t.
Và tín hiệu điều chế: V
Ω
(t) = 5 cos (2π*5*10
4
) t.

Giải:

- Biểu thức của tín hiệu điều chế:
Ta có: m=
1
5
5
V
V
0
==
Ω

Do đó: V
AM
(t) = 5 cos(2π*1.7*10
6
) t*[ 1+ 1cos(2π*5*10
4
) t]
- Mô phỏng dạng tín hiệu điều chế:
0 0.5 1 1.5 2
x 10
-4
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
DC-AM,m<1


fc=1.7*10^6;fm=5*10^4;
T=1/fc;
t=0:T/200:100*T;
V
AM
(t)=5*cos(2*pi*fc*t).*[1+1*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,V

AM
(t))
title('DC-AM,m=1')










0 2 4 6
x 10
-5
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
DC-AM,m=1

CHƯƠNG 2

ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SSB: single sideband)
1. Ưu khuyết điểm của điều chế đơn biên:
Ta biết tin tức chỉ chứa trong
biên tần, nên chỉ cần truyền đi một
biên tần là đủ thông tin về tin tức.
Quá trình điều chế nhằm tạo ra một
dải biên tần gọi là điều chế đơn
biên. Tải tần chỉ cần dùng để tách
sóng do đó có thể nén toàn bộ hoặc
một phần tải tin trước khi truyền đi.
Một số ưu điểm của điều chế
đơn biên (SSB) so với điều biên
(1) Độ rộng dải tần giảm một nữa :
D
SSB
<1/2D
AM

Bởi vậy trong cùng một dải
tần số thì số đài có thể bố trí tăng
gấp đôi.
(2) Hiệu suất rất cao đối với điều chế AM:
P
hữu ích
= P
bt
= 1/3P
AM
khi m=1
Đối với điều chế đơn biên P

hữu ích
= P
bt
= P
SSB
.
Xét hệ số lợi dụng công suất :
k
AM
=1/3 và k
SSB
=1 khi m = 1
k
AM
= 1/9 và k
SSB
=1 klhi m = 0,5
Vậy khi m càng nhỏ thì máy phát đơn biên càng có công suất hữu ích lớn
hơn nhiều lần so với P
hữu ích
của máy phát điều biên.

(3) Do D
SSB
≤ 2D
AM
nên đối với các loại nhiễu nói chung (S/N)
SSB
> (S/N)
AM

và
riêng đối với nhiễu trắng (nhiễu có cường độ như nhau) thì (S/N)
SSB
≥




Như vậy để máy phát AM và SSB có cùng S/N, ta phải tăng P
AM
lên hai lần
()
AM
N/S2
>>
0
f
0
f

0
f

Hình 2-1:Phổ của SSB
>>

(4) Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f
0
có thể bò suy
giảm. Đối với máy thu AM có lúc m > 1 sẽ gây méo do quá điều chế. Nếu pha

đinh rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang thì máy thu sẽ không thu được gì.
Còn đối với máy thu SSB pha đinh làm suy giảm hay triệt tiêu tần số sóng
mang không gây ảnh hưởng gì.
(5) Đối với tín hiệu AM trong giải truyền sóng ngắn, do sự phân tán của đặc tuyến
pha mà xẩy ra sự chia pha các dao động trong dải biên. Điều đó làm méo tín
hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầu vào bộ tách sóng của máy thu
AM. Tổn hao công suất ở đầu ra, do đó được đánh giá là 50%. Còn đối với tín
hiệu SSB thì mọi tin tức điều được phát trong một dải biên nên không có hiện
tượng chia pha.
(6) Dùng tín hiệu SSB sẽ thực hiện được sự bảo mật tốt, do nếu không biết tần số
sóng mang thì sẽ không thu được tin tức. Do vậy máy phát và máy thu SSB
được sử dụng rất nhiều trong lónh vực quân sự.
Tuy có nhiều ưu điểm nhưng do yêu cầu kỹ thuật khá cao như mạch lọc dải
phải rất hẹp và dốc đứng; việc tạo lại tần số sóng mang f
0
trong máy thu phải rất
chính xác mới không méo tín hiệu… nên máy phát và máy thu hiệu SSB cấu tạo
phức tạp hơn so với máy phát và máy thu AM. Bởi vậy nó chỉ được dùng trong các
máy thu phát thông tin chuyên dụng như trong máy phát thoại và phát tín hiệu
nhiều kênh.
Ta có tín hiệu điều chế đơn biên sau đây:

Trong đó:
Trong biểu thức (2-1), m không mang ý nghóa về độ sâu điều chế nữa
và gọi là hệ số nén tải tin.


Đồ thò vecto của tín hiệu đơn biên được biểu diễn trên hình 2-2. Ta thấy,
vectơ đặc trưng cho dao động điều chế đơn biên thay đổi cả về biên độ lẫn góc
pha, nghóa là điều chế đơn biên bao giờ cũng kèm theo điều chế pha. Tải tin bò

nén một phần hoặc bò nén hoàn toàn, do đó vectơ tải tin U
0
có thể nhỏ hơn vectơ
biên tần U
Ω
. Trong kỹ thuật truyền hình tín hiệu điều chế video một phần là tín
hiệu điều biên (khi f
s
≤ 0,75MHz), phần còn lại (0,75 MHz ≤ f
S
≤ 5 MHz) là tín
hiệu điều chế đơn biên (hình2-3). Bằng cách đó giảm được dải tần của tín hiệu
điều chế video. Nếu cắt bỏ hoàn toàn một tín hiệu biên tần thì vấn đề lọc dải sẽ
khó khăn, hơn nữa sẽ xuất hiện sai pha.
u
đb
(t) = U
0
2
m
cos (
ω
0
+ω
Ω
) (2-1)
0
Ω
U
U

=m