kỹ thuật truyền thanh, chương 6

Kỹ thuật truyền thanh Trang
75
CHƯƠNG VI
MẠCH DAO ĐỘNG, PHÁT TÍN HIỆU VÀ TỔNG HP TẦN
SỐ
Các hệ thống truyền thanh và truyền tin hiện đại yêu cầu có
dạng sóng sin hay không sin có tần số ổn đònh, có khi còn yêu
cầu cả một mạng rất nhiều sóng có tần số vừa ổn đònh, vừa có
quan hệ liên kết nhau. Quan hệ hệ tần số liên kết nhau có thể
được minh họa bởi một hệ thống nhiều bánh răng có tốc độ quay
quan hệ liên kết nhau tỷ lệ nghòch với số răng của mỗi bánh. Do
vậy mạch dao động, mạch đồng bộ tần số, mạch tổng hợp tần số
là các thành phần quan trọng của kỹ thuật truyền thanh và truyền
tin.
I. Mạch dao động:
1.Nhắc lại nguyên lý mạch dao động:
Nguyên lý mạch dao động có đường hồi tiếp âm đã được nói
đến ở môn Điện tử cơ bản. Do vậy, phần này chỉ nhắc lại vấn đề
một cách ngắn gọn.
Nếu đưa đến ngõ vào của
mạch khuếch đại có hệ số
khuếch đại điện áp A
v
một tín
hiệu điện áp V
i
thì lại ngõ ra ta
có V
o
= A
v

V
i
. Nếu muốn vẫn
có tín hiệu ra V
o
mà không cần
điện áp vào V
i
thì phải lấy một
phần bằng tỷ số  của tín hiệu
ra tức V
o
, đưa trở lại ngõ vào
thay thế cho tín hiệu V
i
. Muốn
có điện áp ra V
o
giống như khi
có V
i
vào mạch khuếch đại thì
A
v

: khối hồi tiếp
Ra
V
o
Vào

V
i
(H.VI-1)
Trang
76
Nguyễn Xuân Khai
phải thỏa mãn điều kiện (H.VI-
1)
V
o
= V
i
.
Nếu thay V
o
= A
v
V
i
thì:
V
o
= A
v
V
i
= V
i
.
Vậy điều kiện là: A

v
= 1 (Đk Barkhausen)
Điều kiện này là điều kiện Barhausen. Nếu  và A
v
đếu đặc
trưng cho quan hệ biên độ lẫn góc pha của các tín hiệu ra và vào
khối hồi tiếp và mạch khuếch đại thì điều kiện Barhausen:
A
v
= 1 là điều kiện cân bằng pha và điều kiện cân bằng
biên độ:
 






1
0arg
1
v
v
v
A
A
A




Điều kiện cân bằng pha không có điều gì cần giải thích thêm
nhưng điều kiện cân bằng biên độ cần phải được nói thêm cho
phù hợp với thực tế.
Khi cấp điện cho mạch dao động có đường hồi tiếp, nếu điều
kiện cân bằng biên độ được thỏa thì mạch không bao giờ khởi
động, vì như vậy về lý thuyết biên độ dao động của mạch ổn đònh
ở mức khởi động là bằng không. Như vậy để cho mạch có thể
khởi động thì |

A| phải lớn hơn một để biên độ có thể tăng từ
không cho đến khi biên độ đạt mức cần thiết thì hệ số khuếch đại
vòng hở |A| giảm xuống bằng 1 để có biên độ dao động ổn đònh.
Để hiểu rõ điều kiện cân bằng pha và biên độ ta nghiên cứu
mạch dao động cầu Wien và mạch dao động dòch pha.
2.Mạch dao động cầu Wien (H.VI-2):
(điều kiện cân bằng pha)
(điều kiện cân bằng biên độ)
Mạch dao động gồm mạch khuếch đại có
hệ số khuếch đại bằng:
i
if
v
R
RR
A


Khối hồi tiếp có hàm truyền hồi tiếp
bằng:
2

21
Z
ZZ



Ra
Vào mạch
khuếch đại
Ra mạch
khuếch đại
Vi
Vo
R1
C1
R2
C2
Rf
Ri
+
Khối
hồi
tiếp
Kỹ thuật truyền thanh Trang
77
với
jC
RZ

1

11
1

;
jCR
R
Z

22
2
2
1

;
jC
R
jC
R
Z


2
2
2
2
2
1
1



Thông thường ta chọn C
1
= C
2
= C; R
1
= R
2
= R.
Vậy:
j
C
CRR
R











1
3
2
.
Vậy điều kiện Barhausen là:

1.
1
3
2










i
if
v
R
RR
j
C
CRR
R
A



Điều kiện cân bằng pha là:
Arg(


A
v
) = 0; vậy
0
1
2



C
CR
hay
RC
f

2
1

;
RC
1


Điều kiện cân bằng biên độ là:
khi
0
1
2




C
CR
3
1
3

R
R

|

A
v
| = 1 hay
3

v
i
if
A
R
RR
Để |

A
v
| > 1 tức A
v
> 3, lúc khởi động R

i
được thay bằng một
mạch điện trở phụ thuộc vào biên độ dao động. Khi biên độ dao
động bằng không lúc khởi động thì
3


i
if
v
R
RR
A
. Khi biên
độ dao động tăng và đạt mức yêu cầu thì R
i
tăng đến mức
3


i
if
v
R
RR
A
.
Mạch
khuếch
đại

H.VI-2
Trang
78
Nguyễn Xuân Khai
3. Mạch dao động lệch pha:
H.VI-3
Nút có điện áp V
2
:
0
.
2
.
.
2
.
2
.
1
















jCVV
R
V
jCVV
ra


(2)
Nút có điện áp V
ra

:
0
..
1
.
2











ra
VjCVV
(3)
Sau khi loại V
1
và V
2
ta có hàm truyền của khối  bằng:
j
CR
R
CR
C
C
V
V
vao
ra








2232
.
.

165






.
Điều kiện Barhausen là:
1.
165
2232



















i
f
v
R
R
j
CRRCR
C
C
A




.
Điều kiện cân bằng pha cho biết tần số dao động:
0
16
223


CRR
hay
62
1
RC
f


.

Điều kiện cân bằng biên độ cho biết hệ số khuếch đại tối
thiểu của mạch khuếch đại: |

A
v
| = 1 tức |

| = 1/29 hay A
v
= -29.
Mạch dao động gồm:
- Mạch khuếch đại đảo pha có hệ số khuếch
đại bằng:
i
f
v
R
R
A

.
- Khối hồi tiếp
 có hàm truyền hồi tiếp được
tính từ ba phương trình Kirchoff (H.VI-3)
Nút có điện áp V
1
:
0
.
1

.
2
.
1
.
1
.















jCVV
R
V
jCVV
vao


Ra

Vi
Vo
R
C
R
C
R
C
RfRi
+
V
ra

V
vào

V
2
V
1
Kỹ thuật truyền thanh Trang
79
4. Mạch dao động ba điểm:
Các mạch dao động có khung dao động ba điểm theo sơ đồ
tổng quát sau đây: (H.VI-4a, b).
H.VI-4
Ta có:
to
t
io

ZR
Z
VKV


..
.
; R
o
đặc trưng cho tổng trở ra của
mạch khuếch đại.
 
 
231
231
231
231
.
)(
ZZZ
ZZZ
R
ZZZ
ZZZ
K
ZR
ZK
jA
o
to

t
v









 
   
231
231
231
21
231
231
231
231
31
1
.)(
ZZZ
ZZZ
R
ZZZ
ZZ
K

ZZZ
ZZZ
R
ZZZ
ZZZ
K
ZZ
Z
jA
oo
v













Theo điều kiện Barhausen:
   
1
.
)(
231231

21



ZZZZZZR
ZZK
jA
o
v

Thay Z = Xj, ta có:
   
1
.
231231
21



XXXXXXR
XXK
o
K
K.V
i
V
i
Z
3
Z

1
Z
2
V
i
V
o
R
o
ngõ vào
mạch
khuếch đại
ngõ ra khối
hồi tiếp
ngõ vào
khối hồi tiếp
ngõ ra
mạch
khuếch đại
K
Z
3
Z
1
Z
2
R
o
V
o

b)
K.V
i
V
i
khối hồi tiếp
Z
t
 
321
231
ZZZ
ZZZ
Z
t



31
1
ZZ
Z



Trang
80
Nguyễn Xuân Khai
Điều kiện cân bằng pha: X
1

+X
2
+X
3
= 0.
Điều kiện cân bằng biên độ:
 
1
.
2
1
231
21


X
X
K
XXX
XXK
Vậy:
1
2
X
X
K

a. Nếu dùng mạch khuếch đại đảo, K < 0 thì:
0
1

2

X
X
, như vậy X
2
và X
1
phải là cùng một điện kháng.
X
1
+ X
2
+ X
3
= 0.
X
1
+ X
2
= -X
3
X
3
phải là điện kháng khác loại với X
1
và X
2
nếu X
3

= L
3

thì

1
1
1
C
X

;

2
2
1
C
X

;









C

j
Z
ta có mạch dao động Colpitts có
sơ đồ H.VI-5a và H.VI-5b:
H.VI-5
Điều kiện cân bằng pha cho:
0
11
3
21



L
CC
;
321
21
2
LCC
CC



;
3
21
21
2
1

L
CC
CC
f



Điều kiện cân bằng biên độ cho :
Vi
Vo
b)
L3
C2
Vcc
CE
Co
Ci
C1
Q
RFC
RB1
RB2
RE
a)
Vo
Vi
C1
L3
C2
Ro

-K
K.V
i
Kỹ thuật truyền thanh Trang
81
2
1
1
2
1
2
1
1
C
C
C
C
X
X
K






Khối khuếch đại K có thể là bất cứ mạch khuếch đại dùng
linh kiện nào khác lắp thành mạch khuếch đại đảo như transistor
trường, mạch khuếch đại thuật toán v.v...
Nếu


3
3
1
C
X

;











3
3
C
j
Z
thì X
1
= L
1
; X
2

= L
2
 ta có mạch
dao động Hartley như H.VI-6a, b.
Điều kiện cân bằng pha cho:
X
1
+ X
2
+ X
3
= 0 .
0
1
3
21



C
LL
;
 
321
2
1
CLL 


;

 
321
2
1
CLL
f



Điều kiện cân bằng biên độ cho:
1
2
1
2
1
2
L
L
L
L
X
X
K



Cũng như mạch Colpitts, khối K có thể là bất cứ linh kiện
nào lắp thành mạch khuếch đại đảo như transistor trường, mạch
khuếch đại thuật toán v.v...
b. Nếu dùng mạch khuếch đại không đảo: K > 0 thì

a)
Vo
Vi
C3
Ro
L2
L1
-K
b)
Vo
Vi
Vcc
CE
RB1
RB2
RE
Co
Ci
C3
L2
L1
Q
RFC
H.VI-6
Trang
82
Nguyễn Xuân Khai
1
2
X

X
K

; X
2
và X
1
phải khác dấu tức là khác loại điện
kháng, kết hợp vơí X
1
+ X
2
+ X
3
= 0, ta có các mạch sau đây được
gọi chung là mạch dao động điều hợp ngõ ra điều hợp ngõ vào:
(H.VI-7a, b, c, d)
H.VI-7
Bốn sơ đồ trên không phải tất cả đều thực hiện được vì khi
thực hiện còn phải nghiên cứu đến vấn đề dung hợp tổng trở với
ngõ vào ngõ ra của khối khuếch đại liên quan đến các linh kiện
và sơ đồ khuếch đại.
Sơ đồ H.VI-7c đã được thực hiện
với dạng H.VI-8, được gọi là sơ đồ
mạch dao động Colpitts ở một số tài
liệu.
Một số tài liệu phân loại tất cả các
mạch dao động trên thành hai loại, là
loại ba điểm dung và loại ba điểm điện
cảm.

Ở mạch H.VI-8 kiện cân bằng pha
cho:
b)
Vi
Vo
L1
C2
L3
Ro
c)
Vo
Vi
C3
L2
C1
Ro
a)
Vo
Vi
L2
C1
L3
Ro
+K +K
d)
Vo
Vi
C3
L1
C2

Ro
+K -K
Vi
Vo
Vcc
C3
C1
Q
L2
RB1
RB2
RE
+
Kỹ thuật truyền thanh Trang
83
0
11
2
31



L
CC
;
231
31
2
LCC
CC




;
2
31
31
2
1
L
CC
CC
f



Điều kiện cân bằng biên độ cho:
3
31
2
12
1
2
1
2
1
C
CC
CL
C

L
X
X
K







Mạch H.VI-8 làm việc tốt ở tần số VHF, thường được thấy ở
Micro không dây.
5.Các mạch dao động ghép hỗ cảm:
Các máy thu yêu cầu mạch dao động ghép hỗ cảm có một
khung dao động LC có thể đổi tần số bằng cách dùng một tụ điện
biến đổi có một điện cực nối đất. Sau đây là các mạch dao động
dùng trong máy thu thanh.
a. Mạch dao động điều hợp cực phát (H.VI-9):
Khối khuếch đại dùng transistor nối đất cực khiển, khung dao
động LC ở cực phát transistor. Tần số dao động của mạch bằng :
00
2
1
CL
f


.
C

o
là điện dung của tụ điện
biến đổi C
Vo
mắc song song với tụ
điện tinh chỉnh To của khung dao
động L
o
C
o
. Khung này được ghép
hỗ cảm với cuộn L nối vào cực thu
của transistor. Bộ biến áp ghép hỗ
cảm là đường hồi tiếp dương đưa tín
hiệu hồi tiếp vào cực phát là ngõ
vào mạch khuếch đại transistor có
cực khiển nối đất. Tụ điện biến đổi
H.VI-8
Lo
L
m
Fo
Vo
Vcc
C3
To
Q
RB1
RB2
RE Cvo

H.VI-9
V
i
Trang
84
Nguyễn Xuân Khai
C
Vo
, tụ điện tinh chỉnh T
o
và lõi
Ferit F
o
dùng để chỉnh phạm vi thay
đổi tần số dao động.
(lưu ý cực tính điện áp tại ngõ vào và ra mạch khuếch đại).
b. Mạch dao động điều hợp cực phát (H.VI-10):
Khung dao động LC xác đònh tần số dao động bằng:
00
2
1
CL
f


; C
o
: điện dung tương đương với C
Vo
và T

o
mắc song song.
Tụ điện C
vo
, T
o
và lõi Ferit có công dụng như ở khung dao
động LC (H.VI-9). Tín hiệu hồi tiếp được ghép từ cực thu (ngõ ra
mạch khuếch đại) qua cực khiển của transitor Q (ngõ vào) bằng
hồ cảm. (Lưu ý cực tính điện áp ngõ vào và ra mạch khuếch đại
C nối đất khác với mạch B nối đất ở H.VI-9).
c. Mạch dao động điều hợp cực thu (H.VI-11a, b):
- Có hai mạch liên quan đến mạch khuếch đại cực khiển nối
đất và mạch khuếch đại cực phát nối đất. Hai sơ đồ này lần lượt
giống như H.VI-9 và H.V-10, chỉ khác ở vò trí của khung dao
Vi
Fo
m
L
Lo
Vo
To
Cvo
Vcc
CE
Ci
Q
RB1
RB2
RE

H.VI-10
Vo
m
Fo
Vi
To
Cvo
Vcc
CE
Q
RB1RB2
RE
Lo
m
Fo
Vo
Cvo
To
Vcc
CE
CB
Q
RB1RB2
RE
H.VI-11a H.VI-11b