Thiết kế chế tạo máy phát tần số 20MHz (tìm hiểu tổng quan về các loại máy phát tần số và các thông số kỹ thuật của máy)

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................3
TÓM TẮT ĐỒ ÁN..........................................................................................4
CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN...............................................5
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT..............................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT TẦN SỐ..............................7
1.1 Khái niệm, phân loại, các yêu cầu kỹ thuật cơ bản và các tham số cơ bản
của máy phát tần số.............................................................................................7
1.1.1 Khái niệm.....................................................................................................7
1.1.2 Phân loại.......................................................................................................8
1.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản........................................................................9
1.1.4 Các tham số của máy phát tần số.................................................................9
1.1.4.1 Dải tần số...............................................................................................9
1.1.4.2 Độ phân giải tần số..............................................................................10
1.1.4.3 Mức đầu ra...........................................................................................10
1.1.4.4 Điều khiển và giao tiếp.......................................................................10
1.1.4.5 Độ phẳng đầu ra..................................................................................10
1.1.4.6 Trở kháng đầu ra.................................................................................10
1.1.4.7 Tốc độ chuyển mạch...........................................................................10
1.1.4.8 Sự tạm thời của pha.............................................................................11
1.1.4.9 Sự điều hòa..........................................................................................12
1.1.4.10 Nhiễu pha..........................................................................................13
1.1.4.11 Tần số tham chiếu chuẩn...................................................................15
1.1.4.12 Các tham số phụ................................................................................16
1.2 Các mạch tạo dao động................................................................................16
1.2.1 Vấn đề chung về mạch tạo dao động.........................................................16
1.2.2 Điều kiện và đặc điểm của mạch tạo dao động.........................................17
1.2.3.1 Ổn định biên độ dao động...................................................................18
1.2.3.2 Ổn định tần số.....................................................................................18
1.3 Các mạch cung cấp nguồn..........................................................................20
1.3.1 Khái niệm...................................................................................................20

1.3.2 Nguồn ổn áp xung......................................................................................21
1.4 Các máy phát tín hiệu.................................................................................21
1.4.1 Máy phát tín hiệu âm tần...........................................................................21
1.4.2 Máy phát tín hiệu cao tần...........................................................................23

CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG MÁY PHÁT TẦN
SỐ....................................................................................................................24
2.1 Công nghệ tổ hợp tần số.............................................................................24
2.1.1 Công nghệ tổ hợp tần số dùng vòng khóa pha (PLL)...............................25
2.1.2 Công nghệ tổ hợp tần số tương tự trực tiếp (DA).....................................27
2.1.3 Công nghệ tổ hợp tần số trực tiếp số ( DDS)............................................29

-1-


2.1.4 So sánh các phương pháp...........................................................................30
2.2 Công nghệ chuyển đổi số- tương tự...........................................................32
2.2.1 Chuyển đổi số - tương tự bằng phương pháp thang điện trở....................32
2.2.2 Chuyển đổi số - tương tự bằng phương pháp mạng điện trở....................33
2.2.3 Chuyển đổi tương tự số bằng phương pháp mã hóa Shanon- Rack..........34
2.3 Công nghệ khuếch đại điện áp dải rộng dùng phần tử khuếch đại thuật
toán..................................................................................................................... 35
2.3.1 Các khối của OP - AMP............................................................................35
2.3.2 Bộ khuếch đại vi sai...................................................................................36
2.3.3 Bộ khuếch đại vi sai liên kết emitơ...........................................................37
2.3.4 Dòng và thế sai số offset............................................................................38

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÁT TẦN SỐ..............39
3.1 Thiết kế phần cứng cho máy phát tần số...................................................39
3.1.1 Khối mạch chính........................................................................................40

3.1.1.1 Chức năng của khối mạch chính ........................................................40
3.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của khối mạch chính........................................51
3.1.2 Mạch điều khiển điện áp ra........................................................................53
3.1.2.1 Chức năng của khối mạch điều khiển điện áp ra................................53
3.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của khối mạch điều khiển điện áp ra...............53
3.1.3 Khối nguồn................................................................................................56
3.1.3.1 Mô tả chức năng..................................................................................56
3.1.3.2 Sơ đồ nguyên lý...................................................................................58
3.2 Thiết kế phần mềm cho máy phát tần số....................................................60
3.2.1 Khối ghép nối vi điều khiển......................................................................60
3.2.1.1 Khối giao tiếp giữa vi điều khiển Pic16F877A với Max505............60
3.2.1.2 Khối giao tiếp giữa vi điều khiển PIC16F877A với máy tính...........63
3.2.1.3 Khối hiển thị.......................................................................................65
3.2.1.4 Giao tiếp PIC 16F877A với Max038 ( Kỹ thuật lập trình đếm tần
dùng Pic17F877A)..........................................................................................66
3.2.2 Lưu đồ thuật toán và mã chương trình.....................................................69
3.2.2.1 Thiết kế mô phỏng.............................................................................69
3.2.1.2 Lưu đồ thuật toán và mã chương trình...............................................70
3.2.3 Chương trình giao diện trên máy tính........................................................74
3.2.3.1 Giới thiệu phần mềm...........................................................................74
3.2.3.2 Thiết kế giao diện................................................................................75
3.2.3.3 Thuật toán và chương trình................................................................75

CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU SẢN PHẨM....................................................76
4.1 Các thông số kỹ thuật của máy phát tần số................................................76
4.2 Hướng dẫn sử dụng....................................................................................76

KẾT LUẬN CHUNG....................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................81
PHỤ LỤC.......................................................................................................82

-2-


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự hội nhập về kinh tế, nước ta hiện nay đang đẩy mạnh phát triển
giáo dục trong đó nhấn mạnh việc tiếp xúc thực tế trong công tác học tập và nghiên
cứu.Với nguồn ngân sách nhà nước chi cho giáo dục chưa nhiều, việc nhập các
trang thiết bị đắt tiền cho các phòng thí nghiệm cho các trường đại học còn nhiều
hạn chế. Tuy nhiên có một điều đáng nói là trong số các trang thiết bị nhập ngoại
đó, có nhiều thiết bị chúng ta có thể chế tạo hoàn toàn ở trong nước với chi phí giá
thành thấp hơn nhiều.
Xuất phát từ thực tế này, trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, dưới sự
hướng dẫn tận tình của TS. Phạm Văn Bình, nhóm chúng em mạnh dạn thiết kế và
chế tạo máy phát tần số hay còn gọi là máy tổ hợp tần số.
Đây là một thiết bị được dùng nhiều trong công tác học tập, nghiên cứu của
cán bộ, sinh viên ngành Điện tử- Viễn thông nói riêng và các ngành kỹ thuật nói
chung. Nó tạo ra các dạng sóng khác nhau, các tần số khác nhau với biên độ điện áp
có thể thay đổi được. Thiết bị này được dùng vào nhiều mục đích học tập và nghiên
cứu khác nhau.
Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, cùng với điều kiện làm việc còn nhiều
thiếu thốn, thị trường linh kiện trong nước hạn hẹp cũng như kinh nghiệm làm việc,
kiến thức còn hạn chế nên sản phẩm của chúng em chế tạo còn có rất nhiều thiếu
sót. Chúng em rất mong nhận được sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy cô,
các nhà chuyên môn và bạn bè để sản phẩm của chúng em ngày càng hoàn thiện
hơn.
Chúng em xin chân thành cám ơn!

Thiết kế và chế tạo máy phát tần số 20MHz

-3-


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tìm hiểu tổng quan về các loại máy phát tần số và các thông số kỹ thuật của
máy, phân loại được các loại máy phát, nghiên cứu các kiến thức cơ bản về kỹ thuật
xung: mạch dao động và mạch nguồn ổn định là các nhân tố cơ bản để thiết kế máy
phát tần.
Tìm hiểu các công nghệ được sử dụng trong việc thiết kế máy phát tần số. Từ
đó lựa chọn các thông số và tìm linh kiện cho phù hợp để thiết kế và chế tạo máy
phát với các chỉ tiêu đặt ra.
Xây dựng các modul phần cứng, phần mềm và ghép nối chúng với nhau để
hoàn thiện sản phẩm.

ABSTRACT
Introduction to function generator overview in the market, the parameters of
its, the basic to divide its to other one. Researching about oscillolator circuit and
switching circuit. There for, we know the structure of function generator
Researching about technologies used for designed its. So we select the
parameters and divices for designing and making function generator.
Designing the hardware and solfware, combining them to complete the
function generator.

-4-


CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
Hình1. 1 Chuyển mạch pha trong trạng thái tạm thời..............................12
Hình 1.2 Sự nhiễu pha...................................................................................14
Hình 1.3 Nhiễu pha được tích hợp S/N tỷ số tín hiệu trên tạp âm trong

30Khz( ngoại trừ 2Hz quanh sóng mang)...................................................15
Hình 1.4 Sơ đồ khối của mạch tạo dao động...............................................17
Hình 1.5 Sơ đồ khối máy phát tín hiệu âm tần...........................................22
Hình 2.1 Nguyên lý chung của PLL.............................................................25
Hình 2.2 Sơ đồ khối phép nhân tần số với hệ số nhân N nguyên ở chế độ
đồng bộ...........................................................................................................26
Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng hợp tần số với tần số ra không phải là bội của
tần số chuẩn...................................................................................................27
Hình 2.4 DA sử dụng nhiều tần số tham chiếu...........................................28
Hình 2.5 Tạo các tần số tham chiếu cho thiết kế DA.................................29
Hình 2.6 Sơ đồ khối DDS và dạng sóng.......................................................30
Hình 2.7 Biến thiên điện áp theo thời gian..................................................32
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi DA theo phương pháp thang
điện trở...........................................................................................................32
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi DA theo phương pháp mạng điện
trở....................................................................................................................33
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi DA theo phương pháp mã hóa
Shannon Rack................................................................................................34
Hình 2.11 Sơ đồ khối của OP- AMP............................................................35
Hình 2.12 Sơ đồ khối bộ khuếch đại vi sai..................................................36
Hình 2.13 Bộ khuếch đại vi sai liên kết emitơ đối xứng.............................38
Hình 2.14 Kỹ thuật cân bằng thế offset tổng hợp.......................................39
Hình 3. 1 Sơ đồ chân MAX 038....................................................................41
.........................................................................................................................41

-5-


Hình 3. 2 Mô tả các chân MAX 038.............................................................41
Hình 3. 3 Các đặc tính về điện áp và tần số của IC MAX038...................47

Hình 3. 4 Phổ của tín hiệu hình sin ở dải tần thấp và cao.........................48
Hình 3. 5 Sơ đồ khối bên trong của IC MAX 038......................................49
Hình 3. 6 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh tần số.............................................52
Hình 3. 7 Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh độ rộng xung........................53
Hình 3. 8 Mạch khuếch đại điện áp đầu ra.................................................54
Hình 3. 9 Sơ đồ chân OPA 2677U................................................................55
Hình 3. 10 Các đặc tính kỹ thuật của OPA 2677U.....................................56
Hình 3. 11 Sơ đồ chân IC ACT4065............................................................57
Hình 3. 12 Mô tả các chân linh kiện ACT4065...........................................57
Hình 3. 13 Các thông số đặc tính của ACT4065.........................................58
Hình 3. 14 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.......................................................59
Hình 3. 15 Sơ đồ mạch in khối nguồn..........................................................60
Hình 3. 16 Khối điều khiển MAX505..........................................................61
Hình 3. 17 Trạng thái logic của MAX 505..................................................61
Hình 3. 18 Sơ đồ kết nối MAX 505 và PIC.................................................62
Hình 3. 19 Lưu đồ thời gian thực hiện chốt điện áp đầu ra......................62
Hình 3. 20 Sơ đồ cấu tạo MAX232...............................................................64
Hình 3. 21 Sơ đồ nguyên lý ghép nối PIC16F877A với máy tính..............64
Hình 3. 22 Sơ đồ chân LCD1602..................................................................65
Hình 3. 23 Sơ đồ nguyên lý kết nối 16F877A với LCD..............................66
Hình 3. 24 Thời gian thực hiện TIMER0 và TIMER1..............................67
Hình 3. 25 Sơ đồ thiết kế mô phỏng.............................................................69
Hình 3. 26 Thuật toán máy phát tần số.......................................................71
Hình 3. 27 Nhận và xử lý dữ liệu từ máy tính.............................................73
Hình 3. 28 Mô hình ghép nối giữa máy tính và vi điều khiển...................74
Hình 3. 29 Thiết kế giao diện trên Visual Basic 6.0....................................75

-6-

Hình 4. 1 Giao diện mặt máy máy phát tần số...........................................76
Hình 4. 2 Giao diện mặt máy........................................................................78
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
FG: Function Generator
PLL: Phase Loocked Loop
DA: Direct Analog
DDS: Digital Direct Synthesis
VCO: Voltage Control Oscillator

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT TẦN SỐ
1.1 Khái niệm, phân loại, các yêu cầu kỹ thuật cơ bản và các tham số cơ bản
của máy phát tần số
1.1.1 Khái niệm
Trong lĩnh vực điện tử viễn thông các nguồn tín hiệu được sử dụng rộng rãi
trong công tác học tập và nghiên cứu khoa học. Nói chung một nguồn tín hiệu

-7-


chuẩn phải đạt được các yêu cầu cơ bản sau: tần số, điện áp, dạng tín hiệu phải thay
đổi được.
Máy phát tần số là một thiết bị điện tử tạo ra các dạng tín hiệu có dạng khác
nhau với các tần số khác nhau và có biên độ điện áp thay đổi được. Riêng với các
nguồn tín hiệu đo lường cần có độ chính xác và độ ổn định cao.
Có thể định nghĩa máy phát tần số là một thiết bị tạo ra các tín hiệu có dạng
khác nhau, tần số khác nhau và có biên độ điện áp thay đổi được
1.1.2 Phân loại
Trong khi sử dụng nguồn tín hiệu có dải tần rộng từ vài Hz đến hàng chục
GHz. Do tính chất của các dải tần khác nhau mà máy phát tần số được chia thành:
-

Máy phát tín hiệu âm tần

-

Máy phát tín hiệu cao tần

-

Máy phát tín hiệu siêu cao tần
Tuỳ theo công nghệ sản xuất mà có các máy phát tín hiệu cao tần với tần số tới

hàng trăm MHz, máy phát tín hiệu siêu cao tần với dải tần tới hàng chục GHz hoặc
cao hơn nữa.
 Phân loại theo dạng tín hiệu
Căn cứ vào dạng tín hiệu thì máy phát tần số trong đo lường được chia thành
các loại sau:
-

Máy phát tín hiệu hình sin

-

Máy phát tín hiệu xung

-

Máy phát tín hiệu nhiễu

-

Máy phát tín hiệu có dạng tuỳ ý

-

Máy phát tín hiệu điều biên

-

Máy phát tín hiệu điều tần

-

Máy phát tín hiệu điều xung
 Phân loại theo mục đích sử dụng
Căn cứ vào mục đích của người sử dụng, máy phát tần số được chia thành 2

loại cơ bản:
-

Máy phát tín hiệu chuẩn

-8-


-

Máy phát tín hiệu đo lường

1.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản

Yêu cầu cơ bản của máy phát tần số là: tín hiệu phát ra phải có tần số ổn định và
cao, chính xác, không phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn cung cấp.
Thông thường các máy phát tần số cần phải có các đặc tính kỹ thuật cơ bản
sau:
-

Sai số thiết lập tần số

-

Sai số cơ bản thiết lập mức điện áp ra

-

Sai số cơ bản thiết lập mức điều chế

-

Độ ổn định tần số thiết lập

-

Độ ổn định mức điện áp ra

-

Sai số độ sâu điều chế

-

Sai số méo phi tuyến
Ngoài các tham số về sai số cơ bản, máy phát tần số còn có các tham số khác

như: sai số thiết lập tần số, sai số phụ khi thiết lập mức điện áp ra.
1.1.4 Các tham số của máy phát tần số
Cũng như các sản phẩm điện tử khác, máy phát tần số cũng có các tiêu chuẩn
kỹ thuật tuân theo các quy ước chuẩn. Hiển nhiên, các ứng dụng khác nhau, thì sự
quan trọng của các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng khác nhau và phụ thuộc vào người thiết
kế để thiết kế sao cho có hiệu quả và kinh tế. Trong khi một máy phát tần số cho
một radio cho xe hơi cần độ chính xác vừa phải, độ tin cậy cao, rất nhỏ, đơn giản,
không đắt thì một máy phát tần số sử dụng trong máy chụp cộng hưởng từ MRI
phải có độ chính xác cao, có phổ tập trung cao, phải có khả năng chuyển từ một tần
số này đến tần số khác rất nhanh. Do đó, người thiết kế cần so sánh các tiêu chuẩn
kỹ thuật của chúng để tìm ra cách giải quyết kinh tế và khả thi nhất.
1.1.4.1 Dải tần số
Tiêu chuẩn này chỉ ra dải tần số đầu ra, là giá trị tần số mà máy có thể phát ra
từ tần số thấp nhất đến tần số cao nhất có thể. Đơn vị của tần số là Hert ( Hz).

-9-


1.1.4.2 Độ phân giải tần số
Tham số này cũng được xem như là kích thước bước nhảy, nó chỉ ra bước
nhảy tối thiểu tần số. Chẳng hạn nếu một FG tạo ra một tần số từ 10Hz đến 100
MHz và có kích thước bước nhảy 10Hz, nó có khả năng tạo ra bất kỳ một tần số nào
giữa 10Hz và 100Mhz với bước nhảy 10Hz. Trong rất nhiều ứng dụng, bước nhảy
là không cố định. Điều này xảy ra khi tần số của máy phát được tạo ra bằng cách
chia một tần số cố định cho một dải các số.
1.1.4.3 Mức đầu ra
Mức công suất đầu ra thường được tính bằng dB( 0dBm hoặc 1mW). Công

suất đầu ra hoặc có thể cố định 10dBm, hoặc có thể thay đổi trong phạm vi
-120dBm đến 15dBm. Tiêu chuẩn này cũng bao gồm độ phân giải công suất đầu ra,
ví dụ độ phân giải có thể là 1dB hay 0.1dB.
1.1.4.4 Điều khiển và giao tiếp
Tham số này chỉ phương pháp điều khiển và giao tiếp với FG.Việc điều khiển
có thể là mã BCD hay là mã nhị phân, có thể là song song hay bus 8 bit hoặc nối
tiếp. Hầu hết các chip đơn tổ hợp tần số, đặc biệt PLL, sử dụng giao diện nối tiếp để
cho phép đóng gói nhỏ, các chức năng tích hợp cao.
1.1.4.5 Độ phẳng đầu ra
Thông số này nêu lên độ bằng phẳng của công suẩt đầu ra và được đo bằng
dB. Ví dụ công suẩt đầu ra là 10 dBm ± 1 dB.
1.1.4.6 Trở kháng đầu ra
Tham số này chỉ rõ trở kháng đầu ra danh định của máy phát tần số và thường
bằng trở kháng tải. Trong các thiết bị siêu cao tần và tần số radio thì trở kháng tải
thường là 50 Ω , trong video là 75 Ω , còn trong thiết bị audio là 600 Ω .
1.1.4.7 Tốc độ chuyển mạch
Đó là tốc độ tại đó FG có thể nhảy từ tần số này đến tần số khác.Có rất nhiều
khái niệm cho tham số này. Giả sử rằng tiêu chuẩn kỹ thuật này là để trải từ 10Hz

- 10 -


đến 100MHz và chuyển tới trong khoảng từ 1 KHz ít hơn 100 µ s. Để đo tham số
này, một bộ đếm được thiết lập để đo tần số mới ( FG được yêu cầu để nhảy giữa
10Hz và 100MHz một cách có chu kỳ) và được xác định thời gian để bắt đầu đo
duy nhất 10 µ s sau khi bít lệnh được kích hoạt( khoảng 5 µ s , bởi vì thời gian cho
phép phải tương đối ngắn so với thời gian tiêu chuẩn kỹ thuật). Nếu việc đo là 10Hz
hay 100MHz ( tuỳ thuộc vào câu lệnh kích hoạt bộ đếm để đo) trong khoảng ± 1
KHz thì tiêu chuẩn này đã được thoả mãn. Rõ ràng rằng, trong phép đo như thế một
bộ đếm được kích hoạt xung phải được sử dụng.

Một tiêu chuẩn thông dụng khác để định nghĩa tốc độ chuyển mạch đó là thời
gian để pha đầu ra thiết lập thành 0.1 rad của pha cuối cùng. Nếu FG tạo ra một
xung Acos( ω 1t+ ϕ 1) và được điều khiển tới một tần số mới Acos( ω 2t+ ϕ 2), pha của
tín hiệu sẽ chuyển đổi từ ω 1t+ ϕ 1 đến ω 2t+ ϕ 2. Tốc độ chuyển mạch là thời gian
chuyển mạch tạm thời để đạt được một pha đầu ra là ω 2t+ ϕ 2 ± 0.1 rad ( xấp xỉ 5.70).
Trong hầu hết các trường hợp ϕ 1, ϕ 2 không phải là các tham số đo, bởi vì giá trị
của chúng không phải là một tham số trong toàn bộ hệ thống và người sử dụng
không quan tâm đến giá trị của chúng.
1.1.4.8 Sự tạm thời của pha
Trong hầu hết các ứng dụng, pha không được định nghĩa khi ở trạng thái tạm
thời

- 11 -


Hình1. 1 Chuyển mạch pha trong trạng thái tạm thời
Tuy nhiên, rất nhiều ứng dụng cần định nghĩa các đặc tính tạm thời cẩn thận.
Hai yêu cầu điển hình được nói đến sau đây:
 Chuyển mạch pha liên tục
Điều này có nghĩa trong suốt quá trình chuyển mạch, sự chuyển đổi tạm thời
của pha sẽ không được chỉ ra như ở phần (b) hình 1.1.
 Chuyển mạch bộ nhớ pha
Điều này có nghĩa là FG đang chạy ở tần số ƒ1 và sau đó được chuyển tới ƒ2, ƒ3
, ƒ4…và quay lại ƒ1, sau đó nó sẽ phục hồi pha ban đầu khi đang chạy ở tần số ƒ1,
như được chỉ ra ở phần (c) hình 1.1. Sự yêu cầu này dễ dàng đạt được nếu tất cả tần
số đầu ra cụ thể (ƒ1, ƒ2 , ƒ3…) tuỳ thuộc vào câu lệnh. Trong trường hợp như thế,
mỗi một máy phát sẽ tiếp tục dao động thậm chí khi nó không được sử dụng. Do đó,
khi nó được nối lại, nó sẽ duy trì pha của nó.
1.1.4.9 Sự điều hòa
Tham số này chỉ ra mức độ điều hoà của tần số đầu ra và phụ thuộc vào rất

nhiều thành phần bên trong của FG.

- 12 -


1.1.4.10 Nhiễu pha
Tất cả các tín hiệu thực tế đều là các nhiễu dải hẹp. Mỗi một tín hiệu chúng ta
tạo ra đều đạt được từ một bộ dao động. Các bộ dao động là các bộ khuếch đại hồi
tiếp dương có một mạch cộng hưởng ở trong đường hồi tiếp của chúng. Bởi vì
nhiễu luôn luôn tồn tại trong mạch, khi bật nguồn nhiễu này sẽ được khuếch đại
trong dải cộng hưởng cho đến khi mức độ bão hoà đạt được. Sau đó bộ dao động sẽ
chuyển từ trạng thái tạm thời thành trạng thái ổn định. Do đó chất lượng tín hiệu
chủ yếu được xác định bởi phẩm chất cộng hưởng Q. Tín hiệu mà chúng ta thường
coi là tín hiệu hình sin thực chất là nhiễu dải hẹp. Chất lượng của tín hiệu được xác
định bởi bao nhiêu năng lượng của nó được chứa đựng gần với sóng mang. Tần số
trung tâm thực sự là tần số nhiễu trung bình. Nhiễu pha theo cách nào đó là độ lệch
của nhiễu chuẩn. Trong các tín hiệu chất lượng rất cao, giống như dao động thạch
anh (Q có dải từ 20,000 –200,000) 99,99% năng lượng tín hiệu có thể được giữ
trong khoảng 0.1Hz của tần số trung tâm.
Tham số này chỉ ra nhiễu pha của sóng mang đầu ra so với một đầu ra lý
tưởng. Đầu ra lý tưởng của một bộ phát xung sin là:
Asin(ω0t+ ϕ)
và nó được thể hiện trong miền tần số là hàm delta(Dirac) tại tần số đơn ω0 và có
băng thông lý tưởng bằng 0. Tín hiệu như thế phải liên tục(Nếu không phổ của nó
phải có độ rộng vô tận lớn hơn 0) và công suất rời rạc. Tuy nhiên việc tham chiếu
tới hàm delta rất thuận lợi cho việc đánh giá theo lý thuyết. Các máy tổ hợp tần số
chất lượng cao tạo ra các tín hiệu chứa 99.99% năng lượng của chúng trong khoảng
nhỏ hơn 1Hz băng thông xung quanh sóng mang. Các bộ dao động thạch anh có thể
chứa 99.99% năng lượng của chúng trong khoảng nhỏ hơn 0.01Hz băng thông.
Rõ ràng rằng, trong thực tế tín hiệu duy nhất chúng ta có thể tạo ra là:

A[1+n1(t)]sin[ω0t+ n2(t) + ϕ]
Ở đây n1(t) thể hiện sự không ổn định của biên độ và n2(t) thể hiện sự thay đổi
pha. Những hàm nhiễu này là ngẫu nhiên và thể hiện một phổ mà phải được thiết kế
để thoả mãn một tiêu chuẩn kỹ thuật. Trong hầu hết các máy tổ hợp tần số sự nhiễu

- 13 -


biên độ thấp hơn nhiều so với nhiễu pha và không được tách ra một cách cụ thể.
Tuy nhiên nhiễu pha là một tham số chính và được tính theo một vài cách. Phương
pháp thông dụng nhất để xác định rõ độ nhạy nhiễu trong băng thông 1Hz tại gá trị
lệch ƒm khỏi sóng mang như được chỉ trong hình 1.2. Đối với các tín hiệu lý tưởng
sẽ không có năng lượng tại bất kỳ vị trí lệch nào khỏi sóng mang.

Hình 1.2 Sự nhiễu pha
Một phương pháp khác để định nghĩa nhiễu pha là đo nhiễu tích hợp trong
trong một băng thông cho sẵn xung quanh sóng mang nhưng chỉ bao gồm ±1Hz
xung quanh sóng mang như được chỉ ra trong hình 1.3.

- 14 -


Hình 1.3 Nhiễu pha được tích hợp S/N tỷ số tín hiệu trên tạp âm trong 30Khz( ngoại
trừ 2Hz quanh sóng mang)
Phương pháp này có liên quan đến phương pháp trước bởi sự tích hợp năng
lượng nhiễu dưới đường cong nhiễu pha. Tuy nhiên khi so sánh với đo nhiễu pha,
thì nó đơn giản hơn. Trong phương pháp này tổng năng lượng nhiễu vẫn được đo
thậm chí dạng phổ chi tiết của nó bị mất. Băng thông nhiễu được đo giữa 1Hz và
15KHz. Do đó việc đo là tỷ số giữa công suất tín hiệu với nhiễu từ 1tới 15KHz so
với sóng mang(băng thông nhiễu là 30KHz).

1.1.4.11 Tần số tham chiếu chuẩn
Tất cả các bộ tổ hợp tần số đều sử dụng một tần số tham chiếu chuẩn (thường
thường bằng 5MHz hay 10MHz hoặc tần số khác) tần số này phải có tham số thoả
mãn sự ổn định, nhiễu pha, tín hiệu điều hoà.

- 15 -


1.1.4.12 Các tham số phụ
Những tiêu chuẩn này liên quan đến việc thực hiện của một máy tổ hợp tần số
cụ thể. Chúng thường bao gồm các thông số như kích thước, nguồn cung cấp yêu
cầu, chất lượng, và độ tin cậy.
1.2 Các mạch tạo dao động
1.2.1 Vấn đề chung về mạch tạo dao động
Mạch tạo dao động điều hoà tạo ra tín hiệu hình sin có dải tần làm việc từ vài
Hz đến hàng nghìn MHz. Các mạch tạo dao động điều hoà thường được sử dụng
trong các hệ thống thông tin, trong các máy đo, máy kiểm tra, trong các thiết bị y
tế…
Trong các mạch dao động điều hoà, để tạo ra dao động thường dùng các phần
tử: đèn điện tử, transistor lưỡng cực, Fet, mạch khuếch đại thuật toán hoặc các
phần tử đặc biệt như: điốt tunnel, điốt Gunn…
Mạch dao động dùng đèn điện tử có thể làm việc từ phạm vi tần số thấp sang
phạm vi tần số cao. Các đèn điện tử được dùng khi yêu cầu công suất ra lớn.
Ở phạm vi tần số thấp và trung bình thường dùng mạch khuếch đại thuật toán để
tạo dao động, còn ở phạm vi tần số cao thì dùng transistor lưỡng cực hoặc Fet.
Khi dùng mạch khuếch đại thuật toán để tạo dao động thì không cần mạch bù
tần số, vì khi dùng mạch bù tần số sẽ làm giảm dải tần công tác của bộ tạo dao
động.
Các tham số của bộ tạo dao động gồm: tần số ra, biên độ điện áp ra, độ ổn định
tần số( nằm trong khoảng từ 10-2 đến 10-6), công suất ra, hiệu suất. Tuỳ thuộc vào

mục đích sử dụng, khi thiết kế có thể đặc biệt quan tâm đến một vài tham số nào
đó hoặc hạ thấp yêu cầu đối với tham số khác, nghĩa là tuỳ thuộc vào yêu cầu sử
dụng mà cân nhắc và xác định tham số một cách hợp lý trong quá trình thiết kế
một máy tạo dao động.
Có thể tạo mạch dao động điều hoà theo hai nguyện tắc cơ bản sau:
• Tạo dao động bằng hồi tiếp dương
• Tạo dao động bằng phương pháp tổng hợp mạch

- 16 -


1.2.2 Điều kiện và đặc điểm của mạch tạo dao động
Xét nguyên lý làm việc của mạch tạo dao động theo nguyên tắc hồi tiếp theo
sơ đồ khối hình 1.4 trong đó:
Xv: tín hiệu vào của mạch khuếch đại
Xr: tín hiệu ra của mạch khuếch đại
Xr: tín hiệu ra của mạch khuếch đại hồi tiếp
(1): là khối khuếch đại có hệ số khuếch đại K = K .e jϕk
(2): là khối hồi tiếp có hệ số truyền đạt là K ht = K ht .e jϕht
Xv

Khối (1)

Xr

Xr

Khối (2 )
Hình 1.4 Sơ đồ khối của mạch tạo dao động

Trong sơ đồ này chỉ có dao động và tần số của nó thoả mãn điều kiện:
K .K ht = 1

Vì K và K
1.1)

ht

đều là số phức, ta có: K . K ht = K.Kht.eJ( ϕ k+ ϕ ht)=1( phương trình

Trong đó: K: mođun hệ số khuếch đại
Kht: môđun hệ số hồi tiếp
ϕ k: góc di pha của bộ khuếch đại
ϕ ht: góc di pha của mạch hồi tiếp

Từ phương trình 1.1 ta có:
K.Kht =1
ϕ = ϕ k + ϕ ht = 2n π ( với n=0, 1,2…) được gọi là điều kiện cân bằng biên độ, ϕ là
tổng dịch pha của bộ khuếch đại và của mạch hồi tiếp.
Điều kiện cân bằng biên độ cho thấy : mạch chỉ có thể dao động được khi hệ
số khuếch đại của bộ khuếch đại có thể bù được tổn hao do mạch hồi tiếp gây ra.

- 17 -


Còn điều kiện cân bằng pha cho thấy dao động chỉ có thể phát sinh khi tín hiệu
đồng pha với tín hiệu vào.
Các đặc điểm cơ bản của mạch tạo dao động:
• Mạch dao động cũng là mạch khuếch đại, nhưng là mạch khuếch đại tự điều
khiển bằng hồi tiếp dương từ đầu ra về đầu vào. Năng lượng tự dao động lấy

từ nguồn cung cấp một chiều.
• Mạch phải chứa ít nhất một phần tử phi tuyến hay một khâu điều chỉnh để
đảm bảo cho dao động không đổi ở trạng thái xác lập K.Kht=1
1.2.3 Ổn định biên độ dao động và tần số dao động
1.2.3.1 Ổn định biên độ dao động
Trong mạch dao động, biên độ của dao động không đổi ứng với K.Kht=1. Để
đảm bảo trạng thái ổn định biên độ ở trạng thái xác lập, có thể thực hiện các biện
pháp sau:
• Hạn chế biên độ điện áp ra bằng cách chọn trị số điện áp nguồn cung
cấp một chiều thích hợp. Biết rằng biên độ điện áp xoay chiều cực đại
trên đầu ra mạch khuếch đại luôn nhỏ hơn giá trị điện áp cung cấp một
chiều cho phần tử khuếch đại.
• Dùng mạch hồi tiếp phi tuyến hoặc phần tử điều chỉnh:( ví dụ: điện trở
nhiệt, điện trở thông của điốt).
1.2.3.2 Ổn định tần số
Việc ổn định tần số liên quan chặt chẽ đến điều kiện cân bằng pha. Khi dịch
pha giữa điện áp hồi tiếp đưa về và điện áp ban đầu thay đổi thì sẽ dẫn đến việc thay
đổi tần số dao động.
Trong điều kiện cân bằng pha chọn n=0, ta có: ϕ = ϕ k + ϕ ht=0
Mà góc pha ϕ k và ϕ ht phụ thuộc vào các phần tử của mạch và phụ thuộc vào
các tần số. Nên ta viết lại điều kiện cân bằng pha với n= 0 như sau:
ϕ k = (m, ω ) + ϕ ht (n, ω ) = 0 ( phương trình 1.2)

Trong đó:
m: đặc trưng cho tham số của các phần tử trong mạch khuếch đại.

- 18 -


n: đặc trưng cho tham số của các phần tử trong mạch hồi tiếp. Vi phân toàn phần và

biến đổi phương trình 1.2 ta có biểu thức sau:
∂ϕ k
∂ϕ
dm + ht dn
∂n
dω = ∂m
( phương trình 1.3)
∂ϕ k ∂ϕ ht
+
∂m
∂n

Từ phương trình 1.3 ta có các biện pháp nâng cao độ ổn định tần số:
-

Giảm sự thay đổi tham số dm của mạch khuếch đại và dn của mạch hồi tiếp
bằng cách:
 Dùng nguồn ổn áp
 Dùng các phần tử có hệ số nhiệt độ nhỏ
 giảm ảnh hưởng của tải đến mạch dao động bằng cách mắc thêm tầng
đệm ở đầu ra tầng tạo dao động.

-

Giảm tốc độ thay đổi góc pha theo tham số của mạch, nghĩa là giảm

∂ϕ k
và
∂m

∂ϕ ht
bằng cách chọn mạch dao động thích hợp( ba điểm điện cảm, ba điểm
∂n

điện dung, ghép biến áp).
-

Giảm tốc độ biến đổi của các góc pha theo tần số ( tức là tăng

∂ϕ k
∂ϕ ht
và
∂m
∂ω

xung quanh tần số dao động ) bằng cách sử dụng các phần tử có phẩm chất
cao và phần tử tích cực có hệ số khuếch đại lớn.
Thông thường, nếu không dùng các biện pháp ổn định đặc biệt thì độ ổn định
tần số

∇∫
của bộ dao động điều hoà có thể đạt trong khoảng 10-2 đến 10-3.
∫0

Khi dùng các biện pháp trên đây có thể tăng độ ổn định tới 10-4 hoặc cao hơn
nữa, trong trường hợp dùng thạch anh có thể đạt được độ ổn định tần số từ 10-6 đến
10-8.
1.2.3.4 Tính toán mạch dao động
Để tính toán mạch dao động, ta chỉ xét mạch dao động thông dụng đó là mạch
dao động theo phương pháp bộ khuếch đại có hồi tiếp. Và trong phần này ta chỉ tính

- 19 -


toán đối với các mạch dao động điện cảm- điện dung(LC). Để tính toán mạch dao
động xuất phát từ điều kiện cân bằng biên độ, điều kiện cân bằng pha không cần
quan tâm đến vì điều kiện này do kết cấu của mạch đảm nhiệm. Khi tính toán cần
căn cứ vào mạch điện cụ thể để xác định hệ số khuếch đại K và hệ số hồi tiếp Kht rồi
cho tích của chúng bằng 1, từ đó tìm được các thông số của mạch.
1.3 Các mạch cung cấp nguồn
1.3.1 Khái niệm
Nhiệm vụ của mạch cung cấp là tạo ra năng lượng cần thiết kế để cung cấp cho
các thiết bị điện hoặc điện tử làm việc. Thông thường nguồn năng lượng do nó tạo
ra là nguồn điện áp một chiều lấy từ mạng điện xoay chiều hoặc từ pin, ắc quy.
Đai lượng vào và ra của mạch cung cấp có thế là xoay chiều hay là một chiều .
Nhưng quan trọng hơn cả là nguồn một chiều . Nó biển đổi điện áp xoay chiều
thành điện áp một chiều thông qua biến áp. Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện
áp ra ít phụ thuộc vào sự biến thiên của điện áp mạng, của tải và của nhiệt độ. Để
đạt được các yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định( ổn áp, ổn dòng).
Yêu cầu về độ ổn định của các điện áp cung cấp rất khác nhau. Đối với một số thiết
bị chỉ cần cung cấp điện áp thông thường( không ổn áp), ngược lại với một số thiết
bị khác như thiết bị đo thì điện áp cung cấp chỉ cho phép dao động trong khoảng vài
‰ xung quanh giá trị trung bình của nó. Đối với các thiết bị số, điện áp cung cấp
được cho phép dao động trong khoảng vài %, còn với các thiết bị tự động hóa thì
mức độ dao động cho phép từ 10% đến 15%. Khi dùng pin hay ắc quy thì mức độ
dao động này còn lớn hơn.
Các tham số cơ bản của một mạch nguồn là mức điện áp và dòng điện ra, công
suất ra cực đại, độ ổn định điện áp ra, điện trở trong, hệ số nhiệt của điện áp ra, mức
gợn sóng ở đầu ra, khả năng chịu đựng ngắn mạch, dải nhiệt độ, kích thước và giá
thành.

- 20 -


1.3.2 Nguồn ổn áp xung
Nguồn ổn áp xung có ý nghĩa đặc biệt khi cần lấy ra điện áp nhỏ từ một điện
áp vào lớn với hiệu suất cao hoặc khi điện áp vào thay đổi nhiều. Nguyên lý cơ bản
của nguồn ổn áp xung gồm 4 khâu:
- Chuyển mạch công suất là một transitor công suất
- Mạch lọc và chống điện áp cảm ứng ngược
- Mạch so sánh ra với điện áp chuẩn
- Mạch điều khiển thời gian đóng mở chuyển mạch công suất
Khi mở, transitor khóa dẫn năng lượng từ nguồn vào đến một phần tử tích lũy
năng lượng ( thường là cuộn cảm và tụ điện). Trong thời gian khóa ngắt thì phần tử
tích lũy năng lượng cung cấp năng lượng cho mạch sao cho trên tải luôn có điện áp
ra.
Tần số đóng mở của khóa thường nằm trong phạm vi 16 KHz đến 50 KHz để
tránh nhiễu âm thanh. Trong khu vực này dùng cuộn cảm có lõi ferit là thích hợp.
Tần số càng cao thì phần tử tích lũy năng lượng có kích thước càng nhỏ, nhưng hiệu
suất giảm do thời gian đóng mở tăng. Để tăng hiệu suất của mạch cần dùng các
transistor có thời gian đóng mở ngắn.
Nguồn ổn áp xung cho hiệu suất cao và có dải ổn định điện áp rộng, nhưng tốc
độ điều khiển thấp, điện áp ra có độ gợn sóng lớn.
1.4 Các máy phát tín hiệu
1.4.1 Máy phát tín hiệu âm tần
Máy phát tín hiệu tạo ra các tín hiệu dao động âm tần trong dải âm tần. Dải tần
số này có tần số trong khoảng 20Hz đến 200.000KHz( gọi là dải tần số âm
thanh), và dải tần này được chia thành 3 dải nhỏ:
-

dải tần số rất thấp:dưới 20Hz

-

dải tần số âm thanh: từ 20Hz đến 20Khz

-

dải tần số siêu âm: từ 20KHz trở lên
Máy phát tín hiệu âm tần thường được dùng để thử các bộ khuếch đại âm tần,

các bộ điều chế,các loa, tai nghe và các thiết bị âm tần khác.

- 21 -


Máy phát tín hiệu âm tần gồm: bộ tạo dao động âm tần, bộ khuếch đại công
suất, bộ suy giảm, bộ chỉ thị, khối nguồn.
Ta có sơ đồ khối của máy phát tín hiệu âm tần

Bộ tạo dao
động

Bộ
khuếch
đại

Bộ chỉ thị

Bộ suy

giảm

Khối
nguồn

Hình 1.5 Sơ đồ khối máy phát tín hiệu âm tần
Các máy phát tín hiệu âm tần thường sử dụng các mạch tạo dao động:
-

Mạch dao động điện cảm- điện dung

-

Mạch dao động điện trở- điện dung

-

Mạch dao động cầu Viên

-

Mạch dao động phách
Mạch dao động điện cảm- điện dung(LC) thường dùng trong các máy phát tín

hiệu cao tần. Trong máy phát tính hiệu cao tần mạch này thường để tạo ra các tần số
cố định 400Hz hay 1000Hz dùng để điều chế tín hiệu cao tần.
Mạch dao động điện trở- điện dung(RC) được dùng phổ biến trong máy phát
tín hiệu âm tần, vì mạch này đơn giản không cần sử dụng các cuộn dây, biến áp.
Mạch dao động RC có khả năng cho ra một khoảng tần số khá hẹp, có độ ổn định
cao, dạng tín hiệu ra tốt, máy nhỏ và nhẹ. Mạch này có thể cho ta dải tần số đến

hàng MHz, nhưng tần số ở dải MHz không ổn định do điện dung tạp tán của mạch
trở thành đáng kể so với điện dung của mạch xoay pha. Cho nên mạch RC thường
được dùng cho máy phát tín hiệu âm tần đơn giản, và tạo ra tần số âm tần cố định
trong các maý đo trở kháng đơn giản.

- 22 -


Mạch dao động cầu Viên thực chất là mạch dao động RC có hai tầng khuếch
đại, nên không cần đến mạch xoay pha. So với mạch RC thì mạch dao động này cho
ra dạng tín hiệu tốt hơn, độ ổn định tần số cao hơn, dải tần rộng hơn. Phần lớn các
máy phát tín hiệu âm tần chuyên dụng đều sử dụng mạch này.
Mạch dao động phách có ưu điểm cho ra một dải tần rộng và liên tục, từ 0Hz
đến 20KHz và có thể rộng hơn nữa, khi thay đổi liên tục tần số mà không cần phải
dùng đến chuyển mạch băng tần. Nhưng nó lại có nhược điểm là mạch phức tạp. Vì
vậy mạch dao động phách này chỉ trong máy phát tín hiệu âm tần chuyên dụng
(dùng phối hợp với máy hiện sóng vẽ tự động toàn bộ đặc tuyến của một bộ khuếch
đại).
1.4.2 Máy phát tín hiệu cao tần
Máy phát tín hiệu cao tần là nguồn tín hiệu dùng để điều chỉnh và thử nghiệm
các thiết bị thu sóng vô tuyến điện, các bộ suy giảm, dùng làm các nguồn ngoại sai
cho các phép đo, dùng để điều chỉnh tần số của các bộ lọc, bộ khuếch đại.
Các máy phát tín hiệu cao tần tạo ra các tín hiệu hình sin với dải tần từ 10KHz
đến 3000MHz, dải tần này có thể mở rộng cao hơn nữa tuỳ theo công nghệ chế tạo.
Dải tần này được gọi là dải tần vô tuyến và được chia là 3 dải:
-

Dải tần số cao: 10Khz đến 30Mhz.

-

Dải tần số siêu cao: 30 MHz đến 3000MHz.

-

Dải tần số cực siêu cao: trên 3000 Mhz
Máy phát tín hiệu cao tần đơn giản bao gồm: bộ tạo dao động cao tần, bộ

khuếch đại điều chế, bộ dao động âm tần hình sin, bộ khuếch đại công suất, bộ suy
giảm, bộ chỉ thị công suất ra, bộ chỉ thị độ sâu điều chế, khối nguồn.
• Bộ tạo dao động cao tần
Bộ tạo dao động cao tần là bộ phận quan trọng nhất trong máy phát tín hiệu
cao tần, thông thường được thiết kế trên cơ sở các mạch tạo dao động chất lượng
cao có tần số và biên độ ổn định. Mạch dao động của máy phát tín hiệu cao tần
thường dùng các loại mạch 3 điểm, nên trong mạch dao động sử dụng các linh kiện
có tham số L và C tập trung. Chính vì vậy việc thay đổi các băng tần được thiết lập

- 23 -


bằng cách thay đổi các cuộn dây điện cảm L, tần số dao động thì được điều chỉnh
bởi điện dung C.
Trong máy phát tín hiệu cao tần, mạch dao động cao tần thường sử dụng là:
 Mạch dao động ba điểm điện cảm
 Mạch dao động ba điểm điện dung
 Mạch dao động ghép biến áp
• Bộ khuếch đại điều chế: làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đã được điều chế.
Tín hiệu điều chế có thể là điều biên, điều tần hoặc điều pha.
• Bộ dao động âm tần: tạo ra tần số âm tần có độ méo phi tuyến nhỏ dùng để
điều chế tín hiệu dao động cao tần. Bộ dao động âm tần thường được thiết kế

có tần số cố định là 1000Hz hoặc 400Hz.
• Bộ khuếch đại công suất: có nhiệm vụ điều chế tín hiệu của bộ dao động cao
tần với tín hiệu của bộ dao động âm tần và khuếch đại tín hiệu sau điều chế
đủ lớn theo yêu cầu. Dải thông của bộ khuếch đại phải phủ toàn bộ dải tần
làm việc của máy.
• Các thiết bị chỉ thị: là các Vônmet điện tử dùng để chỉ thị điện áp ra, độ sâu
điều chế hay điều tần.
• Bộ suy giảm: dùng để thay đổi các mức của tín hiệu ra.
• Khối nguồn: tạo ra các nguồn điện áp một chiều ổn định
• Đầu ra của máy tạo dao động cao tần thường được đưa ra hai đầu: một đầu
cố định 1V còn đầu kia được đưa qua bộ suy giảm và bộ chia ngoài với hệ số
chia 1:10 hay 1:100. Tín hiệu sau khi đi qua bộ chia ngoài và bộ suy giảm sẽ
có giá trị cỡ vài µ V.

CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG MÁY
PHÁT TẦN SỐ
2.1 Công nghệ tổ hợp tần số
Tổ hợp tần số là một công nghệ bao gồm cả công nghệ số và công nghệ tương
tự. Để thiết kế được một máy tổ hợp tần số thì phải áp dụng rất nhiều các kiến thức
như: các bộ dao động, các bộ dao động điều khiển bằng điện áp VCO, bộ khuếch

- 24 -


đại, bộ lọc, bộ dò pha, khuếch đại một chiều (DC) nhiễu thấp và lọc. Có ba công
nghệ tổ hợp tần số chính ngày nay được sử dụng rất rộng rãi để tạo ra các máy tổ
hợp tần số: công nghệ tổ hợp tần số dùng PLL, công nghệ tổ hợp tần số tương tự
trực tiếp, công nghệ tổ hợp tần số số trực tiếp.
2.1.1 Công nghệ tổ hợp tần số dùng vòng khóa pha (PLL)

Công nghệ tổ hợp tần số dùng PLL là công nghệ thông dụng và phổ biến nhất
bởi sự đơn giản, hiệu quả và kinh tế của nó. Ta có thể tìm thấy các máy tổ hợp tần
số dùng PLL trong các ứng dụng radar, vệ tinh, trong các hệ thống đo lường ... Các
ứng dụng của nó chung quy lại là đều là nhằm biến đổi tần số , di chuyển tần số từ
miền tần số thấp sang miền tần số cao và ngược lại .Tổ hợp tần số là một trong
những ứng dụng quan trọng của PLL, nó tạo ra một mạng tần số rời rạc từ một tần
số chuẩn có độ ổn định cao. Do PLL thực hiện được chế độ khoá pha, nên các đặc
tính ổn định và trôi nhiệt cũng giống như của tần số chuẩn.

Hình 2.1 Nguyên lý chung của PLL
PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển. Khác với các vòng điều
khiển thường dùng trong kỹ thuật điện tử, trong đó điện áp hoặc dòng điện là các
đại lượng vào ra, trong PLL đại lượng vào và đại lượng ra là tần số và chúng được
so sánh với nhau về pha.Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh
những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra , nghĩa là PLL làm cho
Wr của tín hiệu so sánh bám theo tần số Wv của tín hiệu vào. Tần số của tín hiệu so
sánh bằng tần số của tín hiệu ra hoặc tỷ lệ với tín hiệu ra theo một tỷ lệ nào đó
Wr=Wv/N.

- 25 -