Bài giảng Điện tử thông tin Chương 1

Bài giảng điện tử thơng tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hồng Huy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐIỆN
TỬ VÀ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CAO TẦN
(10 tiết)
PHẦN 1: LÝ THUYẾT (8 tiết)
1.1

Các thành phần hệ thống thơng tin điện tử
Input

Môi trường
truyền

Máy phát

Voice, Data,
Pictures

Ouput

Máy thu

v.v…
Nhiễu

Hình 1.1: Sơ đồ khối cơ bản hệ thống TTĐT


Input

Điều chế

m(t )

fc

ATX

Khuyếch đại công
suất cao tần

Đổi tần

Tổng hợp tần
số

Digital control

Hình 1.2: Sơ đồ khối máy phát hiện đại

fc

ARx


RF Amp
(LNA)

Đổi
tần 1

IF1

Đổi
tần 2

IF2

Giải điều
chế

AGC
Tổng hợp tần
số

Đồng chỉnh

Digital control

Hình 1.3: Sơ đồ khối máy thu hiện đại
Phổ tần số:
VHF (30 – 300 MHz)
UHF (300 – 3000MHz)
C band (4 – 8GHz)
Ku band (12 – 18GHz)
Ka band (27 – 40GHz)
Trang 1

Khuyếch đại

Ouput
m(t )


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

1.2 Hiệu ứng da
Trong khi dòng một chiều hoặc dòng có tần số thấp chảy qua toàn bộ mặt cắt của dây
dẫn thì dòng cao tần chỉ chảy ở lớp vỏ ngoài của dây dẫn. Tần số càng tăng thì độ sâu
lớp dẫn điện càng giảm, điện trở về mặt xoay chiều của dây dẫn càng tăng.
Độ sâu lớp dẫn điện được xác định theo công thức:
 

66.4

(mm)

f

trong đó:
f – là tần số của dòng chảy qua dây dẫn (Hz)
δ – là độ sâu của lớp dẫn điện (mm)
Điện trở xoay chiều (AC) của dây dẫn tại tần số nào đó được tính theo công thức:
R AC  R DC .

S DC
S AC

trong đó:

RDC – điện trở của dây dẫn đối với dòng một chiều
SDC – diện tích mặt cắt của dây dẫn đối với dòng DC
SAC – diện tích mặt cắt của dây dẫn đối với dòng AC
1.3 Truyền công suất lớn nhất và phối hợp trở kháng
Xét mạch điện gồm nguồn E có trở kháng nội là ZS = RS + jXS cung cấp cho tải ZL =
RL + jXL như sau:
I

XS
XL
RS
RL
E

Hình 1.4
Công suất trên tải:
PRL  I 2 R L 
PRL max 

E2
4RS

E 2 RL
E 2 RL
E2


( RS  RL ) 2  ( X S  X L ) 2 ( RS  RL ) 2 4 RS
khi

RL  RS

Vậy mạch sẽ truyền đạt công suất lớn nhất khi RS + jXS = RL - jXL ( ZS = ZL* ). Ta nói
mạch có phối hợp trở kháng.
Một trong những vấn đề quan trọng của máy phát, máy thu là phối hợp trở kháng có
chọn lọc tần số giữa các tầng, đặc biệt giữa tầng công suất ra cao tần với anten phát,
hay giữa anten thu với ngõ vào máy thu để truyền công suất tín hiệu lớn nhất và loại
nhiễu. Các mạch phối hợp trở kháng thường có dạng LC, biến áp hay tổ hợp giữa
chúng.
Trang 2


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

Zi
E

Mạch phối
hợp trở
kháng

Zi
E

ZL= Zi*

ZLZi*

Nguồn RF

Nguồn RF

a)

b)

ZL

Hình 1.5
Ở cao tần (RF) ít khi Zi và ZL là thuần trở mà bao giờ cũng có phần kháng nào đó (khi
đó mạch có phối hợp trở kháng khi ZL = Z*i ). Ở trường hợp tổng quát ZL  Z*i , cần có
mạch phối hợp trở kháng để truyền công suất tín hiệu lớn nhất ra tải.
Dạng phối hợp trở kháng đơn giản nhất hình  gồm có cuộn cảm L và tụ điện C với
các cấu hình khác nhau.

L

Zi
C
Nguồn RF

C

ZL
Nguồn RF

a)

Zi

ZL

b)

Zi

C
L

Nguồn RF

L

Zi

C
L

ZL

ZL
Nguồn RF

c)

d)

Hình 1.6 Bốn kiểu mạch phối hợp trở kháng đơn giản hình 
Ví dụ: Tính L, C của mạch phối hợp trở kháng sau ở f 0  100MHz

L

R1

10

C

Hình 1.7

Trang 3

R2

75


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

Giải: Trở kháng tương đương nhìn vào mạch phối hợp

R2
R2
 0 R 22 C



j


L

0

1  j 0 R 2 C 1   02 R 22 C 2
1   02 R 22 C 2

Để có phối hợp trở kháng thì R1  Z td* , tức là:
Z td  Z L  Z C // R 2  j 0 L 

R2

 1   2 R 2 C 2  R1

0 2

2
 0 L   0 R2 C  0

1   02 R22 C 2


R2  R1
1
 54 pF
C 
 0 R2
R1



R22 C
 L
 40.5nH

1   02 R22 C 2

1.4 Mạch lọc và cộng hưởng
1.4.1 Mạch lọc thụ động
a. Mạch lọc thông thấp RC bậc 1
R

V1(s)

C V2(s)

Hình 1.8

H (s) 

1
V2 ( s )
1
sC 

V1 ( s) R  1
1  sRC
sC

Để tìm đáp ứng tần số của mạch ta thay s = jω:
1

 H ( ) e j ( )
1  jRC
Trong đó:
H ( ) là đáp ứng biên độ
H ( ) 

   là đáp ứng pha
1
1
H ( ) 

2
1  ( RC ) 2
  

1  
 C 
 
H ( ) dB  20 lg 1  
 C
  

 ( )  arctg 
 C 





với  C 

2

Trang 4

1
RC






Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

Hình 1.9
b. Mạch lọc thông cao RC bậc 1:
C

R

V1(s)

Hình 1.10
H ( s) 

V2 ( s )
R


V1 ( s ) R  1


sC

sRC
1  sRC

Để tìm đáp ứng tần số của mạch ta thay s = jω:
jRC
H ( ) 
 H ( ) e j ( )
1  jRC
Trong đó:
H ( ) là đáp ứng biên độ
   là đáp ứng pha

C
RC
H ( ) 

2
1  ( RC ) 2
  

1  
 C 
H ( ) dB

 

 20 lg 
 C


  
  20 lg 1  


 C 

 
 ( )  90 0  arctg 
 C

2





Trang 5

V2(s)


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

Hình 1.11
1.4.2 Mạch lọc tích cực

a. Mạch lọc thông thấp bậc 1:
C1

R2
R1
-

V1(s)

+

V2(s)

0

Hình 1.12
Hàm truyền của bộ lọc:
V (s)  Z 2 (s)
H ( s)  2


V1 ( s )
R1

 R2 // 1
R1

sC1



AVo
R2
1

R1 1  sR2 C1 1  sR2 C1

Thay s = jω :
H ( ) 

AVo

1  jR2 C1

AVo

1 j
C

R2
R1
1
C 
R2 C1

Trong đó: AVo  

Trang 6

Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

b. Mạch lọc thông cao bậc 1:
R2
R1

C1
+

V1(s)

V2(s)
0

Hình 1.13
Hàm truyền của bộ lọc:
H ( s) 

V2 ( s )  R2


V1 ( s ) Z 1 ( s )

 R2
R sR1C1
sR1C1
 2
 AVo
1

R1 1  sR1C1
1  sR1C1
R1 
sC1

Thay s = jω :
H ( )  AVo

jR1C1
1  jR1C1

Trong đó: AVo  

R2
R1


C
 AVo

1 j
C
1
; C 
R1C1
j

1.4.3 Mạch cộng hưởng LC song song
Cho mach L,C song song, trong đó r là điện trở tổn hao của cuộn dây. Trở kháng
tương đương mạch cộng hưởng:

Zeq



L

Req (R0eq)

Zeq

C

r



0

0

Hình 1.14

Trang 7

20


30



Bài giảng điện tử thơng tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hồng Huy

Z eq 

(r  jX L )( jX C )
r  j( X L  X C )

XL= L : cảm kháng cuộn dây.
XC 

1
: dung kháng của tụ điện.
C

Thơng thường r << XL nên: Z eq 

X L .X C
r  j( X L  X C )

Mạch cộng hưởng khi:
X L  X C  0 L 

1

0C

L

   0 
C

1
LC

 là trở kháng đặc tính . Thay thế vào biểu thức tính trở kháng :
X LXC ρ2

 R eq
r
r
 Req ( 0 )
Q 
 Req / X C gọi là hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng song song.
r
XL
f
Băng thông 3dB: B  0
Q
Z eq 

Tại cộng hưởng  = 0, trở kháng mạch cộng hưởng song song coi như thuần trở có
Req(0) lớn. Lệch cộng hưởng  = n0 (n=2,3,4…), trở kháng Zeq ( = n0 ) coi
như thuần kháng rất nhỏ
1.4.4 Mạch cộng hưởngLC nối tiếp
r

L

C

Hình 1.15



Trở kháng tương đương của mạch cộng hưởng: Z eq  r  j  L 
Mạch cộng hưởng khi:

0 L 

1

0C

l
   0 
C

1 

C 

1
LC

Z eq  Req  r

Hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng: Q 
Băng thông 3dB: B 


r

f0
Q

Đối với mạch cộng hưởng nối tiếp, tại tần số cộng hưởng dòng qua mạch là cực đại.
Nếu tần số khác tần số cộng hưởng thì dòng qua mạch giảm dần.
Mạch cộng hưởng nối tiếp có thể được dùng làm bẩy lọc để loại bỏ thành phần tần số
khơng mong muốn nào đó.

Trang 8


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

1.4.5 Mạch cộng hưởng RC
Ra

Ca

Cb

Rb

Hình 1.16
Để đơn giản trong phân tích, ta chọn Ra = Rb = R và Ca = Cb = C. Khi đó ta có:
R // 1

vo
jC
1
Bf 


1
1
vi
3  j RC  1 RC 
R //
R
jC
jC
Mạch sẽ cộng hưởng với tần số:  o RC  1  o RC  f o  1 2RC
*

Trang 9


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

PHẦN 2: BÀI TẬP (2 tiết)
1. Tính mạch phối hợp trở kháng ở f0 = 100MHz
a.

L

Ri

20Ω

C

RA
75Ω

b.
L

Ri
10Ω

C

RA
50Ω

2. Tính mạch phối hợp trở kháng ở f0 = 90MHz
a.
C

Ri
60Ω

b.

L

RA

50Ω

C

Ri
10Ω

L

3. Vẽ đáp ứng của các mạch lọc sau:

Trang 10

RA
50Ω


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

a.
R2

R1
Vo
R
Vi
C

b.

C1
0.032µ
Vo
Vi

R1

R2

10K

10k

C2
0.016µ

4. Chứng minh băng thông 3dB của một mạch cộng hưởng song song là: B3dB 

f0
.
Q

Trong đó, f0 là tần số cộng hưởng, Q là hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng.
5. Cho trở kháng anten TV là 300Ω, trở kháng vào TV là 75Ω. Giữa chúng có dây
truyền sóng sau:
a. Dây song hành
b. Cáp đồng trục 75Ω
c. Cáp đồng trục 50Ω
d. Ruột cập dây đồng bất kì

Trang 11


Bài giảng điện tử thông tin
Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy

6. The low-pass active filter of the figure is designed with fc = 100kHz. Rf = 5kΩ and
R1 = 10kΩ, find the gain v0/vi of the circuit at 200kHz.
Rf

R1
vo
R
vi
C

7. The high-pass active filter of the figure is designed with Rf = 5kΩ and R1 = 2kΩ, R
= 50kΩ and C = 1nF. If v1 = 0.1V, find fc and v0 at f = 0.5 fc.
Rf

R1
vo
C
vi
R

Trang 12