Giáo trình điện tử thông tin - Chương 5

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

So sánh
điện áp
MonoStable
RC
R
in
I
2
C
I
CC
I
C
nạp
xã
I
1
I
C
=I
2
I
1

= I
2
+ V
in
/R
in
t
1
V
in1
> V
in2
> V
in3
t
1
t
2
t
1
: I
2
mở
t
2
: I
2
tắt
f
out

V
C
0V

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 I

2
.
- 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 t
1
không đổi
(quyết định bởi mạch RC của Monostable).
Trong thời gian t
1
, xung ở đầu ra có mức 1 (mức cao). Nó đợc đa trở về mở
nguồn dòng để tạo ra dòng không đổi I
2
. Dòng I
2
chia lm 2 phần: I
2
= I
C
+I
1
, trong đó
I
C
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 I
1
thì chạy qua R
in
. 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 t
2
, điện áp trên đầu ra của mạch Monostable bằng 0 lm đóng (tắt)
nguồn I
2
. Tụ C sẽ phóng điện qua R
in
bằng dòng I
1
. Năng lợng nạp cho tụ C trong thời
gian t
1
sẽ đợc phóng hết trong thời gian t
2
. ở cuối thời điểm của t
2
, mạch so sánh tạo
ra 1 xung kích mở mạch Monostable để tạo xung đầu ra mạch Monostable có độ rộng
t
1
Gọi T =t
1
+ t
2
l chu kỳ hoạt động của mạch. T phụ thuộc vo v
in
, I
2
, R

in
v C.
5.1.3 Thiết lập quan hệ giữa v
in
v f
out
Trong thời gian t
1
: tụ nạp điện bằng dòng I
C
in
in
C
R
v
IIII +==
212
với
in
in
R
v
I =
1

Điện tích nạp cho tụ trong thời gian t
1
:
121121
)()(. t

R
v
ItIItIq
in
in
CC
+===
(1)
Trong thời gian t
2
: dòng I
2
= 0, tụ C sẽ xã điện bằng dòng cố định I
1
= (-v
in
/R
in
).
Điện tích do tụ xả:


62

221
. t
R
v
tIq
in

in
C
==
(2)
Điện tích nạp v xả trên tụ bằng nhau nên từ (1) v (2) ta suy ra:
1
2
21
212
t.
v
RI
ttT
t
R
v
t)
R
v
I(
in
in
in
in
in
in
=+=
=+

Vậy:

12
1
tRI
v
T
f
in
in
out
==
(3)
Từ (3) suy ra: f
out
tỷ lệ với v
in
với điều kiện I
1
<< I
2
C: không xuất hiện trong biểu thức do đó C không câng phải l loại có độ chính
xác cao lắm.
12
tRI
v
f
in
in
out
=

5.2 Một số vi mạch chuyển đổi V sang F
5.2.1 Khảo sát IC RC 4151
1
2
3
4
5
6
7
8
RC4151
R
0
6.8K
R
0
R
L
47K

Vlogic
f
0
C
0
.01
R
4
12K
R

5
5K
R
S
R
3
100K
R
2
47K
C
B
1F

R
1
100K
.1
C
2
.1
Vin

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 I
2
đợc mở trong thời gian t
1
. Dòng ny sẽ nạp qua tụ C
0
. C
B
tham gia
vo mạch tích phân. Độ phi tuyến của quá trình chuyển đổi V sang F l 1%.
I
2
có giá trị danh định l 135 A.
R
s
để điều chỉnh tầm hoạt động cực đại.
R
0
: nối tiếp với một điện trở nhằm điều chỉnh thời gian t
1
, R
0
phải nằm trong dãy điện
trở sau đây: (R
0
+ R
0
): 0,8K ữ680K
C

0
: 1000pF ữ 1F
t
1
= 1,1R
0
C
0
(thời gian tồn tại xung Monostable)
I
2
= 1,9/R
S
, (R
S
= R
4
+R
5
) V
CC
= 8 ữ 22V
P
ttmax
= 500 mW V
in
= 0,2Vữ +V
CC

112

tRI
v
f
in
out
=


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
V
logic
thích hợp bằng cách thay đổi R
L
.
5.2.2 Khảo sát IC VF-9400
1
2
3
4
5
6
8
9
12
VF-9400
11
14
10

7
.1
+5V
Cin
C
REF

9.09K
2
50K
R
1
500K
+5V
-5V
R
2
10K
50K
.1
4
.7K
4
.7K
-5V
f
out
/2

f

out

V
in

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 I
in
: (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 v
in
no đó. Ta có thể thực hiện các tầm điện áp khác nhau bằng cách

chỉnh biến trở đẻ mỗi tầm thay đổi một R
in
.
- Tụ C
REF
(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 C
in
đợc chọn từ (3 ữ 10)C
REF.
- 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 f
out
v f
out
/2.
- Điện áp cung cấp giữa chân 14 v 4 không đợc vợt quá 18V.
5.2.3 Khảo sát IC AD537


13
8
1
5
14
11
12
9

AD 537

4 3
10
+15V
Vlogic
f
out

5K
.01
1000p
C

Rin
1K
1
.09K
2K
Rs
Hình 5.4
V
i