Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 5: Trộn tần

 Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin
KHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNG

BÀI GIẢNG 
NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ 
THÁNG 9/2012


Chương 5: Trộn tần
1.

Cơ sở lý thuyết

2.

Mạch trộn tần dùng điốt

3.

Mạch trộn tần dùng tranzito

4.

Bộ trộn bằng vi mạch tích 
hợp

5.

Nhiễu trong mạch trộn tần

1.

Cơ sở lý thuyết

a). Định nghĩa: 

     Trộn tần là quá trình tác dụng vào hai tín hiệu sao cho 
trên đầu ra bộ trộn tần nhận được các thành phần tần số 
tổng và hiệu của hai tín hiệu đó (thường lấy hiệu tần số).
      Có hai tín hiệu:
­ Tín hiệu đơn âm (có một vạch phổ): tín hiệu ngoại 
sai và có tần số fns.; 
­ Tín hiệu hữu ích với tần số fth cố định hoặc biến 
thiên trong một phạm vi nào đó. 
Tín hiệu có tần số mong muốn ở đầu ra được tách nhờ 
bộ lọc, là tần số trung gian ftg.
      Để thực hiện trộn tần phải dùng phần tử phi tuyến (các linh 
kiện bán dẫn) hoặc dùng phần tử tuyến tính tham số.


b). Nguyên lý trộn tần

Phần tử phi tuyến được biểu diễn theo chuỗi Taylor:

           i = a0+a1u+ a2u2+ a3u3+...+ anun+...
Điện áp đặt lên phần tử phi tuyến: u=uns+uth=Unscosωnst+ 
Uthcosωtht
⇒
 i = a0+a1(Unscosωnst+Uthcosωtht)+ 
a2(Unscosωnst+Uthcosωtht)2+ 

+ a3(Unscosωnst + Uthcosωtht)3+...+ an(Unscosωnst 
+Uthcosωtht)n+...
Các tín hiệu ra gồm các thành phần:

 + Thành phần cơ bản: ωns, ωth; 
 + Các thành phần tần số tổng và hiệu ωns ± ωth;
 + Thành phần bậc 2: 2ωns, 2ωth;


 Nếu chọn n = m = 1, đầu ra bộ trộn tần lấy tín hiệu có 
tần số ω=ωns ­ ωth : trộn tần đơn giản (thường chọn).
 Trường hợp lấy ω = n.ωns ­ mωth với n,m ≥ 2 : trộn 
tần tổ hợp.
Phân loại:
 + Trộn tần bằng phần tử tuyến tính tham số (mạch nhân);
 + Trộn tần bằng phần tử phi tuyến (diot, transitor,..)
 + Trộn tần bằng chuyển phổ (về tần số thấp hoặc cao tùy 
thuộc vào vị trí tương đối giữa tần số đầu vào fth với tần số trung 
gian ftg đầu ra).
Ứng dụng:
­ Trộn tần được dùng trong máy thu đổi tần. Nhờ bộ trộn 
tần, mạch cộng hưởng của các tầng trung gian của máy thu 
tần được điều chỉnh cộng hưởng ở một tần số cố định. Tần 
số ngoại sai được đồng chuẩn với tần số tín hiệu vào sao cho ftg 
= fns ­ fth = const.
-


c). Hệ phương trình đặc trưng:
+Dßng ®iÖn ®i ra: ir=f(uns ,uth ,utg)

với: uns=Uns cosωnst
uth=Uth cosωtht
utg=Utg cosωtgt
     thường Uth, Utg< ir=
Với: 
ins(uns)=I0+I1 cosωnst+ I2 cos2ωnst + I3 cos3ωnst+....
s(uns)=S0+S1 cosωnst+ S2 cos2ωnst + S3 cos3ωnst+....
g(uns)=G0+G1 cosωnst+ G2 cos2ωnst + G3 cos3ωnst+....
 
⇒


ttg=nnsth
:Phơng trìnhb iếnđổ ithuận
- Sn l biên độ hi bậc n của hm
- Gn lthnh phần một chiều của hm

Dòng điện đi vo: iv=f(uns,uth,utg)viUth,Utg:Phơng trìnhb iếnđổ ing c
ưSm:biên độ thnh phần bậc m(=n trên) của hỗ dẫn biến đổi
ngợc

- Gm: thnh phần một chiều của điện dẫn vo


d).Các thams ố c ủabộ trộ ntần:
+Hỗ dẫn trộn tần:
+Điện dẫn trộn tần:
+Hệ số khuếch đại tĩnh:

+Hỗ dẫn trộn tần ngợc:
+Điện dẫn (trong khi có hiện tợng trộn tần ngợc):
+Hệ số khuếch đại tĩnh (khi đổi tần ngợc):


Mchtrntndựngit

i,Mạc htrộ ntầnđơn:
P hơng trình biểu diễn đặc
tuyến V-A:
a: lhằng số đợc xác định bằng thực
nghiệm


ii, M¹c h tré n tÇn cân bằng: 

M¹ch tré n tÇn c©n b»ng làm t¨ng dß ng ®iÖn trung gian ë  ®Çu 
ra và cã kh¶ n¨ng khö t¹p ©m  tÇn s è  trung gian do nguån 
ngo¹i s ai m ang ®Õn.


iii,Mạc htrộ ntầnvũng:

Vớicáchtí nhtoángiố ngnhở m ạchđiềuchế,tathuđợcở
đầuras ơđồnychỉcócácthnhphầntầns ố ns th,các
thnhphầnkhácbịkhử,dođódễtáchđợcthnhphầncótần
s ố trunggianm ongm uố n,bằngcácm ạchlọc.


3. Mạch trộn tần dùng tranzito.

-

-

-

-

Ưu điểm của mạch trộn tần kiểu này là ngoài nhiệm vụ trộn 
tần còn khuếch đại nên tín hiệu ra có biên độ lớn. 
Có thể dùng tranzito trường hay tranzito lưỡng cực để trộn 
tần. Có thể dùng cách mắc Bozo (mạch gốc) chung hay Emitto 
(mạch phát) chung.
Mạch mắc B chung dùng ở phạm vi tần số cao hay siêu cao vì 
tần số giới hạn của nó cao. Tuy nhiên sơ đồ này độ khuếch đại 
không bằng mạch E chung. 
C¸c tham  s è  cña s ¬ ®å tré n tÇn phô thué c vào ®iÓm  làm  
viÖc, vào ®é  lín cña ®iÖn ¸p ngo¹i s ai và vào tham  s è  cña 
tranz is tor.

­ Có mạch trộn tần dùng tranzito đơn, tranzito đẩy kéo hoặc 
tranzito đẩy kéo kép.


i, Mạch trộn tần dùng tranzito đơn

EC­ uns  ®ưa vào Em itto

EC­ uns  ®ưa vào Baz o

BCưuns đavoEm itto

BCưuns đavoBaz o

Điệnápngoạis aiđợcghéplỏngvớibaz ocủatranz is tortrộ ntần
đểtránhảnhhở ngtơnghỗgiữam ạchtí nhiệuvm ạchngoại
s ai.


ii,Mchtrntndựngtranzitoykộo

ưmchnyT1,T2mcCchungiviuthvuns.Khiuns
tngdũngiC2tnguREtngiC1gim.Cũnkhiuthtng
dũngiC1tnguREtngiC2gim.Nhvyuthvunsto
radũnguraiCngcphanhau,doúdũnginracha
tnstg=nsưthchoratớnhiutnstrunggian.
uđiểm : Méo phi tuyến nhỏ (hi bậc chẵn bị triệt tiêu); - Phổ tín
hiệu ra hẹp;
Liên hệ giữa mạch tín hiệu vmạch ngoại sai ít;
Khả năng xuất hiện điều chế giao thoa thấp.
Vìnhững u điểm đó, nên loại mạch ny hay đợc dùng trong bộ trộn


4.Btrnbngvimchtớchhp

(Mchtrntndựngtranzitoykộokộp)

Khi không có tí n hiệu vo, dò ng
quaT5vT6bằngnhau,dođódũng

quaT1T2vT3T4cũngbằngnhau,
s ao cho dò ng điện qua các chân ra
12v13nhnhauvbằngnửadò ng
điệntổ ng.
- Khi có điện áp ngoại sai đặt vo
chân 6 v 14 v với trị số no đó
T6 ngắt, chỉ còn dòng chảy qua
T5 v dòng chảy qua T1 v T2
cũng bằng một nửa dòng tổng
- Do đó cũng nh trờ ng hợp trên (không có điện áp uns ), dò ng
qua các chân 12 v 13 bằng nhau. Tơng tự đố i với những thờ i
đỉêm khácnhaucủađiệnápngoạis aihoặ cđiệnáptí nhiệu,ta
đềucókếtquảnhvậy.
- Dòng điện ở các đầu ra chỉ biến đổi khi điện áp ngoại sai v
iện áp tín hiệu đồng thời tác động lên các đầu vo.
-


Nhiutrongmchtrntn
-

ầu vo, điện áp tín hiệu với tần số fv=fth, nhờ tính
chọn lọc của tải, trên đầu ra, điện áp với tần số ftg=nfns
mfth . Tuy nhiên cũng có những thnh phần tần số khác fth
gây ra nhiễu.
ftg=nfnsmfv;ftg=ưnfnsưmfv
ftg=nfnsưmfv;ftg=ưnfns+mfv

+n=0; m=1, tức lftg=fv, ta có nhiễu lọt thẳng.
+n=1; m=1, fv =fns ftg :

* fv =fns - ftg, đây chính ltần số tín hiệu vo: fth nên không
coi lnhiễu
* fv =fns +ftg, gọi lnhiễu ảnh
+m=1; n=2, tức lfv =2fns ftg
- Trong các loại nhiễu ny, nhiễu lọt thẳng có thể lọc đợc nhờ các
mạch lọc đầu vo, nhiễu fv =2fns ftg có thể loại bỏ khi chọn
phần tử tích cực lm việc; chỉ có nhiễu tần số ảnh lkhó lọc,
nhất lkhi ftg <