Giáo trình điện tử thông tin phần 2

45

Chơng 4

ứng dụng Varicap
trong đIện tử thông tin
4.1 Khái niệm
Varicap l một linh kiện bán dẫn có điện dung thay đổi theo điện áp đặt vo mối
nối p-n của nó. Varicap đợc ứng dụng nhiều trong các bộ thu phát sóng VHF v UHF,
dùng để thay đổi tần số trong các bộ cộng hởng để lựa chọn các kênh sóng, để nhân
v chia tần số, tự động kiểm soát tần số, điều chế AM, FM hoặc sử dụng trong các máy
đo tần số cao v các máy đo cờng độ trờng.
Varicap đợc ký hiệu nh sau:

Hình 4.1
Mạch tơng đơng Varicap:
RP
LS

RS

CC

CJ

Hình 4.2
Ls: điện cảm do dây dẫn kết hợp với cấu trúc bán dẫn. Rs: điện trở nối tiếp.
Cj: điện dung bên trong varicap, có giá trị thay đổi theo phân áp đặt vo.
Rp: điện trở thay đổi theo điện áp vo, có giá trị lớn nhất khi varicap phân cực nghịch
v rất nhỏ khi varicap phân cực thuận.
Cc: điện dung tiếp xúc do dây dẫn.

46
Mạch tơng đơng varicap thờng đợc sử dụng khi phân cực ngợc:
RS

CJ

Hình 4.3 mạch tơng đơng của đơn giảnVaricap
Công thức tiêu biểu để tính điện dung theo điện áp phân cực:
CV =

K
(V + )

(4.1)

Cv: điện dung tơng đơng với điện thế vo
V: điện áp đặt lên varicap gồm điện áp phân cực v điện áp tín hiệu xoay chiều
V = VPC + V AC

: hệ số phụ thuộc vo vật liệu =1/3...1/2
K: hệ số phụ thuộc cấu trúc bán dẫn hiệu điện thế tiếp xúc = 0,5 ữ 0,65
Đặc tuyến varicap tiêu biểu của Varicap
pF

Cv
250
200
150

100
50

V
0

5

10

15

20

25

30

Điện áp phân cực nghịch

Hình 4.4 Đặc tuyến của Varicap
Ta nhận thấy điện dung varicap đều thay đổi khi phân cực thuận v phân cực nghịch
thay đổi. Tuy nhiên, khi phân cực thuận thì dòng qua varicap l dòng thuận sẽ thay đổi
rất lớn v Rp có trị số nhỏ, điều ny lm giảm phẩm chất của mạch cộng hởng. Trong
điều kiện phân cực nghịch, dòng qua varicap rất bé, Rp rất lớn, varicap đợc xem nh
không tiêu tán năng lợng (Q). Do đó varicap thờng đợc phân cực nghịch để lm
việc. Đặc tuyến có dạng tùy thuộc vo sự phân bố tạp chất trong diode biến dung.


47

0V

Ví dụ phân cực cho Varicap:
BA163
33K

Tên : BA 163
Điện áp ngợc từ 1V đến 12V
Cờng độ dòng điện thuận cực đại:

-1Vữ-12V

ILvmax = 12/33k = 0,4 mA

4.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của varicap
1. Điện thế lm việc cực đại của varicap: MWV (Maximum Working Voltage) l
điện áp lm việc cao nhất DC v AC ở đỉnh, quá điện áp ny varicap sẽ hỏng. Điện áp
ny bằng điện áp phân cực, thay đổi tùy từng loại varicap từ -7V ữ -200V
2. Điện áp đánh thủng: BRV (Breakdown Voltage) l điện áp lm cho dòng phân
cực gia tăng nhanh gây h hỏng (đánh thủng).
3. Dòng điện ngợc cực đại: l dòng điện ứng với điện thế ngợc lm việc cực đại,
tùy thuộc vo loại v cách cấu tạo varicap m dòng điện ny thay đổi từ:
0,005A5A.
4. Công suất tiêu tán Pd l công suất cực đại m varicap có thể tiêu tán đợc. Tùy
theo từng loại công suất ny thờng thay đổi từ 200mW đến 2,5W.
5. Điện dung định mức C: l điện dung danh định của varicap, nó đợc xác định ở
một điện áp no đó v tần số xác định, giá trị có thể l vi pF đến 2000pF. Các varicap
có điện dung định mức thấp thờng đợc sử dụng trong các máy thu phát viba.
Các giá trị điện dung định mức nh sau:
.1 .2 .3 .4 .5 .6 ...... .9 1PF

3

4 5 6,5 6,6 7 8 8,2 10 12 PF

14 15 18 20 22 22,5 24 27 33 35PF
39 47 50 53 56 65 68 70 71 82PF
100 150 250 350 500 1000

2000PF

6. Hệ số phẩm chất Q : l tỷ số điện kháng v điện trở nối tiếp Q =

1
CRs

Q đợc ghi rõ ở tần số v điện thế nhất định, Q thờng có giá trị từ 3 đến 100


48
7. Điện trở nối tiếp Rs: tạo ra chủ yếu do điện trở mối nối bán dẫn, từ cấu trúc bán
dẫn đến đầu ra. Tuy nó cũng tỷ lệ với tần số f nhng không đáng kể.
8. Tần số cắt fCo: l f tại đó Q = 1, thông thờng fCo= 50MHz đến 500MHz
9. Tần số cộng hởng riêng: l tần số bản thân varicap cộng hởng không có
thnh phần bên ngoi. Thờng do các điện cảm v điện dung trong varicap tạo nên.
Thông thờng từ 150MHz đến 2GHz. Đối với varicap hoạt động ở tần số thấp thì dòng
điện thuận If l dòng của varicap cho phép khi nó rơi vo điều kiện phân cực thuận. Khi
điệp áp ngợc đặt vo diode cng lớn thì khoảng cách d của tiếp giáp cng tăng v Cv
giảm.
4.3 Hoạt động của varicap
4.3.1 Varicap trong các mạch lọc

R1
V

CV

R2

+ VPC Vo

CV R2
R1

V

Vo

VPC+

Hình 4.5
Trong hai sơ đồ trên ta chọn: R2>>R1 để R2 không ảnh hởng đến các thông số mạch
lọc.

A

A

1
R1C v

1
R1C v

Hình 4.6. Mạch lọc thông thấp v lọc thông cao




49
4.3.2. Varicap dïng trong m¹ch läc nhiÔu

R1

Cv

R2
+_ VPC

H×nh 4.7
4.3.3. GhÐp c¸c varicap

Cv1

Rp1

Cv2

Rp2

Cv3

Rp3

Cvr

Rpr

= Cvtd

H×nh 4.8
4.3.4.Varicap trong m¹ch céng h−ëng
a. Céng h−ëng nèi tiÕp

L
R

L

+
Cv

Vc

Cv

_
H×nh 4.9

Rptd


50
b. Cộng hởng song song

R

C1

+
Vc

Cv

L

Cv

_

L

Hình 4.10

4.3.5. Varicap trong các bộ nhân tần
Lọc

Lọc

f1

Vi

fn

R1

CV

VPC

Vo

Hình 4.11
Varicap đợc sử dụng trong các bộ nhân tần có u điểm l đơn giản hơn các mạch
nhân tần dùng BJT, FET vì trong bộ nhân tần dùng varicap hầu nh không cần cung
cấp năng lợng.
Tín hiệu Vi qua bộ lọc f1 tạo ra dòng điện qua varicap. Do đặc tuyến không thẳng
của varicap nên sẽ sinh ra các hi bậc cao của f1. ở đầu ra của bộ lọc thứ hai có fn = nf1
sẽ cho ra tín hiệu l nf1. Varicap có điện trở nối tiếp rất bé do đó công suất tiêu thụ l


51
do thnh phần kháng l chủ yếu, sự mất mát rất thấp do đó dùng varicap có hiệu suất
rất cao, thông thờng l 90% (so với BJT hay FET hiệu suất cỡ 50%).
4.4. ứng dụng Varicap trong các máy thu
Mỗi varicap có điện dung danh định khác nhau, với điện áp phân cực thay đổi sẽ
cho ta giá trị CVmin CVmax. Tùy thuộc vo hệ số trùm băng của mỗi băng sóng
(K=fmax/fmin) ta chọn varicap thích hợp dựa vo công thức sau đây:

f max
C max
=
f min
C min

f =

1
2 LC

fmax ứng với CVmin v fmin ứng với CVmax

4.4.1. VARICAP mắc đẩy kéo (cộng hởng cân bằng)

CV
L

R

VAC

VPC

CV

Hình 4.12
Thông thờng chúng ta dùng một varicap để cộng hởng. Trong một số trờng
hợp đối với tín hiệu xoay chiều varicap sẽ rơi vo vùng phân cực thuận lm tăng dòng
phân cực, giảm hệ số phẩm chất của mạch, đồng thời lm quan hệ giữa CV v V không

còn tuyến tính. Để khắc phục nhợc điểm ny ngời ta dùng hai varicap mắc đẩy kéo
nh hình vẽ. Hai Varicap đợc phân cực đồng thời nhờ điện áp phân cực đa vo mạch
qua điện trở R. Khi tín hiệu cao tần áp vo 2 Varicap giống nhau, nó sẽ lái chúng đến
những giá trị điện dung cao thấp luân phiên nhau. Do đó điện dung tơng đơng của


52
mạch gần nh không đổi theo điện áp cao tần. Tuy nhiên mạch có nhợc điểm l lm
giảm giá trị CVtđ, do đó phai chọn varicap có điện dung danh định lớn hơn.

4.4.2.Varicap dùng trong mạch cộng hởng đơn tầng.
R

C1
L1

L2

Cv

VPC
Rv

V

Rv

V

C2

Hình 4.13a Varicap cộng hởng đơn

CV2

R

L2

L1

CV1

VPC

C2

Hình 4.13b Varicap đẩy kéo/ cân bằng
R: trở phân cực
L1, CV: khung cộng hởng
RV: chỉnh điện áp phân cực cho Varicap
L2: cuộn cản cao tần, không cho tín hiệu cao tần từ khung cộng hởng trở về gây
nhiễu nguồn cung cấp. C2: tụ thoát cao tần.


53
4.4.3. Varicap dïng trong m¹ch céng h−ëng nhiÒu tÇng.

fa

CV2

L2 CV3

L3

fc – fa = fIF
RFAMP

MIX

fc
CV1

L1
OSC

CV4

L4

H×nh 4.14

L4

R4

C4
Cv4

L3

R3

L8

C3
L7
Cv3

C1
L5

L1
Cv1

L2

R1

C5

H×nh 4.15

Rv

R2

C2
Cv2

L6


54
CV1
L1

R1
L5
CV2

CV3
L2

R2
L6
CV4

Rv
V

CV5
L3

R3
L7
CV6

L4

R4

CV7
L8
CV8

H×nh 4.16
4.4.4. M¹ch tù ®éng kiÓm so¸t tÇn sè AFC (Automatic Frequency
Control) Th−êng dïng cho c¸c m¸y thu FM

fa
fIF

RFAMP
MIX

10,7 MHz

vo

K§TT

AF

DETECTOR

OSC

RP1

fo
C1
L

R1

L1

Cv

R2
C2

M¹ch AFC

H×nh 4.17

RP2


55
1 : Đặc tuyến chữ S thuận, 2: đặc tuyến chữ S nghịch.
Khi f = f0: v0 = 0, f0 ở trị số ổn định. Khi f > f0: v0>0 hoặc v0<0 (tùy theo đặc tuyến chữ
S). Khi fGỉa sử f0 thay đổi f0-fa = fIF thay đổi đầu ra bộ tách sóng sẽ có vi 0 lm
thay đổi phân cực varicap lm khung cộng hởng trở về f0.
4.4.5 Mạch điều chế FM

R1

T
Vm
fm



L1
1mH

Vm

Vc
fc

C2

t

4700pF

C1
1000pF

CV
V

L2

t

fo

C3

2,2 F

fo+f

fo

fo-f

Hình 4.18
CVL2: Khung cộng hởng ở đầu ra của 1 bộ dao động, biên độ dao động ở khung ny
đợc giữ không đổi.
T: Biến thế liên lạc (âm tần). Vm, fm: Điện áp v tần số âm tần cần điều chế.
Vc, fc: Điện áp v tần số sóng mang cao tần, fc cỡ hng trăm MHz. Nếu fm cao (chẳng
hạn trong video) ngời ta thay biến thế T bằng OP-TRON.
Varicap
V600/V601

Hình 4.19
R1: Điện trở cách ly, C2: tụ ngăn DC, L1: RFC, C3: tụ thoát, C1: tụ thoát cao tần để ngăn
ảnh hởng cao tần về âm tần.
Nếu 2 cuộn dây của biến thế liên lạc cùng cực tính thì:
* Khi Vm tăng: điện áp phân cực Cv tăng do đó CV giảm lm f tăng.
* Khi Vm giảm: điện áp phân cực cho Cv giảm nên Cv tăng lm f giảm.


56

4.4.6. Mạch điều chế AM
Khung cộng hởng của bộ dao động có tần số sóng mang RF = fsc chuẩn đợc
ghép sang (L2, CV) bằng điện cảm. Mỗi khi tín hiệu vm (âm tần) thay đổi lm thay đổi
phân cực varicap v lm CV thay đổi L2, CV có tần số cộng hởng riêng
f CH =

1
2 L2 CV

lệch so với fsc Biên độ phát xạ ra anten giảm, nghĩa l tín hiệu phát

ra có biên độ thay đổi theo vm. Ta có thể điều chế theo dạng AM, SSB, DSB,...
Trong mạch vì điện trở varicap rất lớn do đó tín hiệu âm tần đa vo điều chế
không cần có công suất cao m chúng ta có thể thực hiện từ micro sau 2 tầng khuếch
T
đại cũng đủ cho tín hiệu cần điều chế.

R1
Vm
fm

L1

C2

C1

fsc

CV

L2
V

C3

Hình 4.20
4.4.7. Máy đo sóng hấp thụ (Grid dip meter)
D1

Lo

Khắc độ chỉ f

5000

fx
Co

Volt
kế số

C2

L

C1
Cv

R1

C3

Hình 4.21

Rv

+
_ VDC


57
Đây l phơng pháp đo tần số để đo các tần số rất lớn (cỡ 100MHz) Nếu L v Cv
đúng tần số khung L, CV cộng hởng mạnh tụ C2 đợc nạp điện qua D Volkế
số chỉ giá trị cực đại khi đó đọc Lv CV thì ta biết đợc tần số fx cần đo.
Cách đo v đọc: máy đo có nhiều tầm đo tơng ứng với các cuộn dây L, L, L,
L. Chẳng hạn:
L tơng ứng: 10 MHz ữ 20MHz;

L tơng ứng: 20MHz ữ 50MHz

Ltơng ứng: 50MHz ữ 100MHz;

L tuơng ứng: 100MHz ữ 300MHz

Khi chọn một trong các cuộn dây thì tơng ứng với các bảng khắc độ f đợc khắc
lên biến trở RV để chỉ trị số f cần đo.
Giả sử cần đo một tần số fx no đó, trớc tiên ta chọn tầm bằng cách chọn một trong
các cuộn dây L, L, L, L, sau đó chỉnh biến trở RV đến lúc tơng ứng với A chỉ
giá trị cực đại đọc đợc giá trị của fx khắc trên bảng khắc độ của RV.
Máy đo ny có khung cộng hởng L, CV đợc nhận năng lợng từ một khung cộng

hởng khác nên gọi l máy đo sóng hấp thụ.
4.4.8. Máy đo trờng
Máy đo cờng độ trờng, thờng dùng cho ngnh viễn thông.
D
C2
.01
C1
.047
L1

LS
2.5m
CV

C3
.01

R2
5k

R1

R3

10

VDC

C4

1M

1F
Volt

kế số
Hình 4.22
Dùng để đo cờng độ điện trờng tại các điểm thu để xác định vùng có cờng độ

trờng bằng nhau hoặc mạnh nhất, phục vụ cho công tác qui hoạch hoặc kiểm tra.
Giả sử sóng tới có tần số f = 100 MHz tại các điểm khác nhau. Trớc tiên ta chỉnh
R3 để L, CV cộng hởng đúng tần số của sóng tới f = 100MHz. Lúc đó đọc chỉ số chỉ


58
cực đại của Volkế số. Sau đó vẫn giữ nguyên vị trí chiết áp R3 (để giữ f = 100MHz) v
tiến hnh đo tơng tự ở các điểm khác nhau cần đo. Mỗi lần di chuyển đến một vị trí, ta
ghi chỉ số đọc đợc trên Volkế số. Lm nh thế ta sẽ thống kê đợc những vị trí có
cờng độ điện trờng mạnh nhất.
Dây cáp dùng để cách ly nơi đo với ngời đang sử dụng máy.
R2: dùng để điều chỉnh tầm cho Volt kế.
4.4.9. Máy phát sóng quét: dùng để cân chỉnh cho máy thu

4700p

R1

C1

1M

CV

L

L1
RP
C1

.01

50k

VDC

VOutput
Dao động quét

VO

f (MHz)
10.6

10.7

10.8

Hình 4.23

f0 min
30MHz

6MHz
300kHz

f0 max
60MHz
15MHz
600kHz

L, CV l khung cộng hởng của 1 mạch dao động tự kích.
Tín hiệu dao động quét có dạng răng ca sẽ cùng với VDC phân cực cho varicap CV
lm cho điện áp phân cực tăng tuyến tính. Do đó khung dao động L, CV sẽ tạo tần số từ
f0min đến f0max. Sau đó nếu ta đa tín hiệu Vra vo mạch tách sóng FM v đa vo mạch
dao động ký ta sẽ có dạng đặc tuyến chữ S nh hình vẽ với điều kiện dải tần số f0min
f0max đợc thiết kế trong khoảng trung tần FM, AM của máy thu. Máy ny có thể kết
hợp với máy đánh dấu v dao động ký để lm xuất hiện dạng sóng của đáp tuyến băng


60
Chơng 5

kỹ thuật FM tần số thấp
5.1 Bộ chuyển đổi điện áp sang tần số
5.1.1 Sơ đồ khối
ICC
IC =I2 I1 = I2 + Vin/Rin

I2

C

IC nạp

So sánh
điện áp

t1

MonoStable

t2
t1: I2 mở
t2: I2 tắt

fout
VC

t1

RC

xã

Rin I1

0V

Vin1 > Vin2 > Vin3

Hình 5.1
Kỹ thuật FM tần số thấp l một phơng thức biến đổi điện áp sang tần số gọi tắt l

chuyển đổi V TO F. Kỹ thuật ny đợc sử dụng khá phổ biến trong các mạch xử lý tín
hiệu truyền tải hay lu trữ thông tin. u điểm của kỹ thuật ny l nhờ công nghệ chế
tạo vi mạch để có độ tuyến tính cao trong chuyển đổi V sang F. Độ di tần có thể đạt
đến giá trị cực đại. Các ứng dụng phổ biến l trong các mạch thu phát hồng ngoại,
thông tin quang, thu phát tín hiệu điều khiển từ xa, các loại tín hiệu số, hoặc lu trữ dữ
kiện, thông tin trên băng cassette. Thông thờng bộ chuyển đổi có thể kết hợp với một


61
PLL để có độ chính xác cao v luôn luôn có tính thuận nghịch, nghĩa l có thể chuyển
đổi từ điện áp sang tần số v ngợc lại từ F sang V.
5.1.2 Hoạt động của mạch
Bộ chuyển đổi V sang F thờng có 3 khối:
- Mạch tích phân kết hợp với nguồn dòng I2.
- Mạch so sánh điện áp để phát hiện mức điện áp đầu ra của bộ tích phân.
- Mạch monostable nhằm tạo xung ở đầu ra m mức cao có thời gian t1 không đổi
(quyết định bởi mạch RC của Monostable).
Trong thời gian t1, xung ở đầu ra có mức 1 (mức cao). Nó đợc đa trở về mở
nguồn dòng để tạo ra dòng không đổi I2. Dòng I2 chia lm 2 phần: I2 = IC+I1, trong đó
IC l dòng nạp cho tụ C của mạch tích phân lm cho điện áp trên tụ (tức l điện áp ở đầu
ra của bộ tích phân) có độ dốc âm nh hình vẽ. Còn dòng I1 thì chạy qua Rin. Bộ so
sánh điện áp sẽ so sánh mức điện áp trên đầu ra bộ tích phân v giá trị 0 (masse) để tạo
1 xung kích mở mạch Monostable.
Trong thời gian t2, điện áp trên đầu ra của mạch Monostable bằng 0 lm đóng (tắt)
nguồn I2. Tụ C sẽ phóng điện qua Rin bằng dòng I1. Năng lợng nạp cho tụ C trong thời
gian t1 sẽ đợc phóng hết trong thời gian t2. ở cuối thời điểm của t2, mạch so sánh tạo
ra 1 xung kích mở mạch Monostable để tạo xung đầu ra mạch Monostable có độ rộng
t1
Gọi T =t1 + t2 l chu kỳ hoạt động của mạch. T phụ thuộc vo vin, I2, Rin v C.
5.1.3 Thiết lập quan hệ giữa vin v fout

Trong thời gian t1: tụ nạp điện bằng dòng IC
I C = I 2 I1 = I 2 +

vin
v
với I 1 = in
Rin
Rin

Điện tích nạp cho tụ trong thời gian t1:
qC = I C .t1 = ( I 2 I 1 )t1 = ( I 2 +

vin
)t1
Rin

Trong thời gian t2: dòng I2 = 0, tụ C sẽ xã điện bằng dòng cố định I1= (-vin/Rin).
Điện tích do tụ xả:

(1)


62
qC = I 1 .t 2 =

vin
t2
Rin

(2)

Điện tích nạp v xả trên tụ bằng nhau nên từ (1) v (2) ta suy ra:
( I2 +

vin
v
)t1 = in t 2
Rin
Rin

T = t1 + t 2 =
f out =

Vậy:

I 2 Rin
.t1
vin

v
1
= in
T
I 2 Rin t1

(3)

Từ (3) suy ra: fout tỷ lệ với vin với điều kiện I1<< I2

C: không xuất hiện trong biểu thức do đó C không câng phải l loại có độ chính

vin

f out =

xác cao lắm.

I 2 Rin t1

5.2 Một số vi mạch chuyển đổi V sang F
5.2.1 Khảo sát IC RC 4151
R0

C2 .1

6.8K
R0
R1
Vin

7

100K

6

1F

R2

47K

5

RL
47K

RC4151

.1
CB

Vlogic

1

8

3
4

R3
100K

f0

2

R4
RS

12K
R5
5K

C0
.01

Hình 5.2
Loại IC ny đợc sử dụng rất rộng rãi trong các mạch tiêu biểu v tần số ngõ ra
đạt đến 10KHz.


63
Hoạt động của mạch v các tham số:
Nguồn dòng I2 đợc mở trong thời gian t1. Dòng ny sẽ nạp qua tụ C0. CB tham gia
vo mạch tích phân. Độ phi tuyến của quá trình chuyển đổi V sang F l 1%.
I2 có giá trị danh định l 135 A.
Rs để điều chỉnh tầm hoạt động cực đại.
R0: nối tiếp với một điện trở nhằm điều chỉnh thời gian t1, R0 phải nằm trong dãy điện
trở sau đây: (R0 + R0): 0,8K ữ680K
C0: 1000pF ữ 1F
t1= 1,1R0C0 (thời gian tồn tại xung Monostable)
I2 = 1,9/RS , (RS = R4+R5)

VCC = 8 ữ 22V

Pttmax= 500 mW

Vin = 0,2Vữ +VCC

f out =

vin
I 2 R1t1

Các điện trở phải dùng loại chính xác cao có sai số: (0,5 ữ 1)% . Các tụ đợc dùng
l loại Mylar hay mica. Nguồn cung cấp phải lấy từ nguồn ổn áp chất lợng cao. IC
ny có ngõ ra cực thu hở. Muốn biên độ tín hiệu ra bằng bao nhiêu ta thiết kế chọn
Vlogic thích hợp bằng cách thay đổi RL.
5.2.2 Khảo sát IC VF-9400
+5V

.1

4.7K
4.7K
11

9.09K
250K

fout

CREF

R1 10K

5

10

1

7

4

fout/2

R2
50K

+5V

9

VF-9400

3

2

500K

8

14

12

Cin

Vin

6

.1

-5V
-5V

Hình 5.3


64

Đặc điểm:
- Hoạt động với nguồn cung cấp 5V
- Ngõ vo l một OPAMP dùng kỹ thuật MOSFET hoạt động nh một bộ tích phân.
- VF 9400 đợc thiết kế sao cho dòng điện vo Iin: (0 ữ 10)A
- Điện trở bên ngoi 250K, 9.09K ấn định tầm hoạt động với dòng điện vo định mức
thích hợp với vin no đó. Ta có thể thực hiện các tầm điện áp khác nhau bằng cách
chỉnh biến trở đẻ mỗi tầm thay đổi một Rin.
- Tụ CREF (Reference) ảnh hởng trực tiếp đến đặc tính chuyển mạch do đó phải có độ
ổn định cao, hệ số nhiệt độ thấp v độ hấp thu môi trờng thấp.
- Tụ Cin đợc chọn từ (3 ữ 10)CREF.
- Chân 7 nối trực tiếp đến nguồn 5V để tạo nên điện áp chuẩn vì vậy điện áp cung
cấp phải có độ chính xác v ổn định cao.
- Ngõ ra l dạng cực thu hở với BJT bên trong l loại NPN với hai ngõ ra l fout v fout/2.
- Điện áp cung cấp giữa chân 14 v 4 không đợc vợt quá 18V.
5.2.3 Khảo sát IC AD537

+15V
Vlogic

5K

1000p
C

.01
13

10

9

14

12

AD 537

fout

11
5

Vi

4

3

8

1

1K
Rin

1.09K
Rs
2K

Hình 5.4


65
- IC chuyển đổi AD 537 l một dạng xuất hiện khá phổ biến trong điện tử công nghiệp,
nó đợc thiết kế từ một mạch dao động đa hi ghép cực phát, đợc điều chỉnh bằng
nguồn dòng.
- Thuận lợi của nó l fout có dạng xung vuông rất lý tởng độ phi tuyến l 0,05% trên
ton bộ tầm hoạt động.
- foutmax = 100KHz.
- Rin v C quyết định tầm điện áp nhập cần chuyển đổi.
- AD 537 tiêu thụ dòng tối đa 200 mA.
- Hai chân 6, 7 (không dùng trong mạch) đợc sử dụng với mục đích đo nhiệt độ trong
đó chân 7 phải đợc nối đến nguồn điện áp chuẩn 1V.
- Chân 6 l nguồn điện áp đợc lấy từ bộ cảm biến nhiệt độ. Lúc đó ngõ ra sẽ có điện
áp tuyến tính theo nhiệt độ với chân 6 nhận điện áp có đặc tính 1mV/10K
- 2K l biến trở loại POT-LIN.

5.3 Bộ chuyển đổi F V
1. Hầu hết các IC chuyển đổi V F đều có tính thuận nghịch, tùy theo mỗi IC, dạng
biến đổi ny khác nhau.

Rf

C

RC

fin

Mạch sửa
dạng

MonoStable

I2

Vout

t1

Hình 5.5
*Mạch sửa dạng: nhằm tạo ra dạng sóng thích hợp để điều khiển mạch đơn ổn. Điện áp
đầu ra sẽ tỷ lệ với tần số đầu vo fin, điện trở Rf nguồn dòng I2 v thòi gian t1.
*Mạch đơn ổn (Monostable): Nhằm tạo ra xung có độ rộng t1, trong thời gian ny
nguồn dòng I2 mở.

vout = fin.Rf.I2.t1

66
5.4 Một số vi mạch chuyển đổi f sang v
5.4.1 Khảo sát IC chuyển đổi F V RC4151
+15V
10K

5K

V0
1

8
7

10K

RC4151
.022
fin

6

RB

2
3

5

CB

RS

4

10K

14K
R0
C0
.01

6.8K

Mạch biến đổi F V

Hình 5.6
RC4151 có các đặc tính sau đây:
vo = fin.RB.I2.t1

Trong đó: I2 = 1,9/Rs, I2 140 A, t1 = 1,1R0C0 . Khi fin = 10 KHz vout= 10V, độ phi
tuyến 1%

vout tỷ lệ với fin.

5.5 ứng dụng các bộ chuyển đổi trong TBTP
5.5.1 Bộ nhân v chia tần số
f1

K

R

F/V

K

f2

V/F
V1 V2
K

Hình 5.7
Tần số f2 ở đầu ra (f2= K1f1) v K1 có thể (K1>1 hay K1<1) tùy thuộc vo biến trở R.
Một đặc điểm của mạch nhân v chia tần số ny so với các nguyên tắc trớc đây l K
có thể l 1 số lẻ (thập phân) v tùy thuộc vo biến trở R.


67
5.5.2 Bộ tách sóng pha
R

R

F/V
V1

f1
K

R

V2

f2

F/V

VO
R

K

VO = (V2-V1) = K(f2-f1)

Hình 5.8
Điện áp ra của bộ tách sóng pha:

v0= (v2-v1)=K(f2-f1)
5.5.3 Mạch điều chế FM
VREF
R2

K
Vout

Vi

V/F

Mạch lọc

R1

Trong đó
VREF : nguồn điện áp chuẩn
Vi :

nguồn tín hiệu vo

R2 :

chỉnh tần số trung tâm

Dùng mạch đệm Opamp để loại bỏ dòng vo V/F, từ đó mới tính đợc fIF v f.
f out =

KR1
KR2
VREF +
Vi = f IF f
R1 + R2
R1 + R2


68
5.5.4 Điều chế FSK (Frequency Shift Key)

VREF
R2
K

Mạch đệm

Vi

V/F

R1

V1

Mạch lọc
fout

1

1

R3

Vout

0
FSK

R4

C

1

Điều chế FSK đợc sử dụng rộng rãi trong truyền thông tin số. Về cơ bản nó
đợc mã hoá 2 trạng thái cơ bản 0-1. Các tần số f1, f2 ny không cần có độ phân cách
cao. Hình vẽ trên trình by mạch điều chế FSK với ngõ vo có 2 trạng thái 0, 1, tơng
ứng ở đầu ra 2 tần số f1, f2. Hai điện trở R1 v R2 dùng để ấn định f1 v f2. Đầu ra của bộ
chuyển đổi, tín hiệu đợc biến thnh hình sine nhờ 1 bộ lọc, để có chất lợng cao thì có
thể sử dụng bộ lọc dạng vi mạch. Từ đó tín hiệu đợc truyền trên dây điện thoại hoặc
có thể lu dữ trên băng cassette nhờ biến thnh tín hiệu sine đó. Trong trờng hợp ny
thì ta nên dùng bộ chuyển đổi có độ chính xác cao ví dụ VF 9400 hay AD 537.
Vi = 0

f out =

KR1
VREF = f1
R1 + R2

Vi = 1

f out =

KR1
KR2
VREF +
Vi = f 2
R1 + R2
R1 + R2

Suy ra

f2 > f1

Chuỗi xung từ đầu ra của bộ V- F qua mạch lọc nh hình vẽ với độ rộng xung
thay đổi, suy ra V0ut có dạng sine
Điều kiện thời hằng = RC >>.
. Nếu thay bộ lọc thông thấp ở trên bằng L, C thì dạng sine chuẩn hơn.
. Khi cho Vi = 0 V0 sẽ có tần số f1


69
. Khi cho Vi = 1 V0 sẽ có tần số f2 > f1

0

1

0

5.5.5 Giải điều chế FSK
Trớc tiên để giảm nhiễu, đầu vo ta dùng bộ lọc dải thông từ f1 đến f2. Bộ giải mã
FSK nhận tín hiệu có 2 tần số f1, f2, qua mạch tách điểm 0 để sửa dạng tín hiệu, sau đó
đi qua mạch chuyển đổi F-V v nhờ bộ so sánh với mức điện áp chuẩn để tìm lại đợc
tín hiệu có 2 mức 0-1.
f2

f1

Lọc

Tách điểm 0

F/V

So
sánh
Vch

5.5.6 Lu trữ dữ kiện trên băng cassette
Dữ kiện số có thể lu trữ trên băng cassette bằng cách sử dụng các bộ biến đổi V-F.
ở các bộ điều chế: các ngõ vo từ 0 đến 5V. Dữ liệu ny đợc đa vo bộ V-F với tần
số lm việc từ 5KHz đến 10KHz, qua bộ chia v bộ lọc thông thấp v ghi vo băng từ.
ở quá trình chuyển đổi ngợc lại ta lấy đợc dữ liệu nguyên thủy, qua bộ giải mã v
lấy lại tín hiệu. Trong trờng hợp muốn lu trữ dữ liệu số ta dùng các bộ biến đổi V-F
nh bộ điều chế FSK.


70

VREF
Ghi
Lên
Băng

R2
Vi

V/F

:2

Lọc thông thấp

R1

A

A

Tách điểm 0

So
sánh

F/V

Trong trờng hợp chúng ta ghi nhiều dữ liệu trên băng từ thì sẽ có nhiều bộ chuyển
FSK tơng ứng.
Vi1

FSK 1

Vi2

FSK 2

GHI

Demod
FSK 1

Phát

Demod
FSK 2

Trong trờng hợp truyền dẫn tínhiệu trên nhiều kênh điện thoại, khi sử dụng các
bộ chuyển đổi F-V v V-F cần phải sử dụng thêm các bộ lọc để loại bỏ các loại nhiễu
trên đờng dây v thông thờng phơng pháp ny rất thích hợp cho dải tần số từ 300Hz
đến 3kHz.
Phơng pháp xử lý tín hiệu qua bộ điều chế v giải điều chế FSK cũng tơng tự
nh lu trữ trên băng cassette.