Bài giảng môn Đo lường điện: Bài 8 - Mai Quốc Khánh

Môn học: Đo lường điện Bài 8 Đo các tham số của dao động điều chế

Mai Quốc Khánh Khoa Vô tuyến điện tử Học viện KTQS

1/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Nội dung

 Kh¸i niệm chung về ®o ®iÒu chÕ

 §o ®iÒu biªn

 §o ®iÒu tÇn

2/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

PhÇn I Kh¸i niÖm chung

 Kh¸i niÖm ®iÒu chÕ  TÝn hiÖu ®iÒu biªn  TÝn hiÖu ®iÒu tÇn

3/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Kh¸i niÖm điều chế

 Trong lÜnh vùc ®iÖn tö vµ viÔn th«ng th­êng dïng c¸c

tÝn hiÖu ®iÒu chÕ kh¸c nhau

 C¸c d¹ng ®iÒu chÕ:  §iÒu chÕ biªn ®é  §iÒu chÕ tÇn sè  §iÒu chÕ pha  §iÒu chÕ xung  v.v...

 Giíi h¹n nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p ®o c¸c tham sè ®iÒu chÕ cña tÝn hiÖu ®iÒu biªn vµ tÝn hiÖu ®iÒu tÇn

Một số dạng điều chế: OOK, Digital Modulations: ASK Signals, FSK Signal, PSK Signals

4/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

TÝn hiÖu ®iÒu biªn



TÝn hiÖu ®iÒu biªn lµ mét dao ®éng cao tÇn cã biªn ®é biÕn thiªn theo qui luËt cña hµm S(t) nµo ®ã.

 S(t) cã thÓ lµ hµm bÊt kú, ®­îc gäi lµ hµm ®iÒu chÕ. NÕu S(t) lµ mét dao ®éng ®iÒu hßa S(t) = UΩmcos Ωt th× dao ®éng ®iÒu biªn cã d¹ng:

U(t) = Um (1 + mcosΩt) sinωt

 Um lµ biªn ®é cña dao ®éng cao tÇn bÞ ®iÒu chÕ  ω = 2πf víi f lµ tÇn sè cao tÇn cña dao ®éng bÞ ®iÒu chÕ

 Ω = 2πF víi F lµ tÇn sè cña dao ®éng ®iÒu chÕ

 m lµ hÖ sè ®iÒu chÕ biªn ®é.

 §o tham sè ®iÒu chÕ cña tÝn hiÖu ®iÒu biªn chÝnh lµ phÐp ®o hÖ

sè ®iÒu biªn m

Modulation

AM

FM Signal

5/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

TÝn hiÖu ®iÒu biªn

6/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

TÝn hiÖu ®iÒu biªn

 NÕu ®iÒu chÕ biªn ®é tÝn hiÖu cao tÇn U(t) = Umsinωt b»ng dao ®éng h×nh sin tÇn thÊp s(t) = UΩmsinΩt th× hÖ sè ®iÒu biªn:

=

100

[%]

m

∆ U mU

 HÖ sè ®iÒu biªn cßn cã thÓ x¸c ®Þnh theo

=

m

100[%]

− A B + A B

7/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

TÝn hiÖu ®iÒu tÇn

 TÝn hiÖu ®iÒu tÇn lµ mét dao ®éng cao tÇn ®­îc ®iÒu chÕ

tÇn sè b»ng mét tÝn hiÖu ®iÒu hßa tÇn thÊp U(t) = Umcos (ωot + mfsin Ωt)  Um lµ biªn ®é cña ®iÖn ¸p cao tÇn bÞ ®iÒu chÕ (sãng

mang)

 ω0 =2πfo víi fo lµ tÇn sè cao tÇn cña tÝn hiÖu bÞ ®iÒu chÕ  Ω = 2πF víi F lµ lÇn sè cña tÝn hiÖu ®iÒu chÕ  mf lµ chØ sè ®iÒu tÇn

=

=

m

f

∆ f F

ω∆ Ω  ∆f lµ ®é dÞch tÇn: ®é lÖch tÇn sè cùc ®¹i so với gi¸ trÞ

trung b×nh fo

Modulation

FM Signal

8/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

TÝn hiÖu ®iÒu tÇn

 NÕu tÝn hiÖu ®iÒu chÕ cã d¹ng:

s(t) = UΩm cosΩt

th× ®é dÞch tÇn tû lÖ víi biªn ®é cña dao ®éng ®iÒu chÕ

∆f = K. UΩm

víi K lµ mét hÖ sè tû lÖ

 §o tham sè cña tÝn hiÖu ®iÒu tÇn bao gåm:

 §o chØ sè ®iÒu tÇn mf (thùc hiÖn khi khai th¸c c¸c

thiÕt bÞ viÔn th«ng)

 §o ®é dÞch tÇn ∆f (thùc hiÖn khi hiÖu chuÈn c¸c

m¸y thu ph¸t)

9/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

TÝn hiÖu ®iÒu tần

10/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

PhÇn II §o ®iÒu biªn

 Ph­¬ng ph¸p sö dông m¸y hiÖn sãng

Ph­¬ng ph¸p quÐt th¼ng

Ph­¬ng ph¸p quÐt sin

Ph­¬ng ph¸p quÐt trßn

 Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng kÐp

11/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p sö dông MHS

 Ph­¬ng ph¸p quÐt th¼ng:

 MHS thiÕt lËp ë chÕ ®é quÐt liªn tôc - ®ång bé

trong

M¸y ph¸t ®iÒu biªn

B A

U§B(t)

Dao ®éng cao tÇn

Y

X

=

m

Dao ®éng ®iÒu chÕ

.100 [%]

− A B + A B

12/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Tín hiệu AM trên MHS số

Ph­¬ng ph¸p sö dông MHS

 Ph­¬ng ph¸p quÐt sin

 M¸y hiÖn sãng thiÕt lËp ë

chÕ ®é khuÕch ®¹i

BA

M¸y ph¸t ®iÒu biªn

U§B(t)

Y

X

Dao ®éng cao tÇn

U§C(t)

=

A B

Dao ®éng ®iÒu chÕ

m

.100 [%]

− A B + A B

13/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng kÐp

 §o hÖ sè ®iÒu chÕ m theo c«ng thøc

=

100

[%]

m

∆ U mU

 ∆U vµ Um ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p t¸ch

sãng biªn ®é

 S¬ ®å thùc hiÖn ph­¬ng ph¸p nµy bao gåm hai bé t¸ch

sãng biªn ®é  ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng kÐp

14/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng kÐp

C2

§1

A

B

R1 R3

§2

CM

2 1

U§B(t)

C1

C

R4

R2

C3

CC§

 S¬ ®å cã hai bé t¸ch sãng biªn ®é:

 BTS1: TSB§ cã ®Çu vµo më bao gåm §1, C1, biÕn trë

R1, R3 vµ R4

 BTS2: TSB§ cã ®Çu vµo ®ãng bao gåm §2, C2 vµ R2

15/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng kÐp

 B­íc hiÖu chØnh: CM 1

 U§B(t) = Um (1 + mcosΩt) sinωt  BTS1  BTS1 t¸ch sãng biªn ®é tÝn hiÖu cao tÇn

UA(t) = Um (1+mcosΩt) = Um + UmmcosΩt  TÝn hiÖu nµy ®­a tíi ®ång hå chØ thÞ tõ ®iÖn  trÞ sè chØ thÞ ®ång hå ~ gi¸ trÞ biªn ®é Um cña ®iÖn ¸p cao tÇn (sãng mang)

 Thay ®æi biÕn trë R1 sao cho kim ®ång hå chØ thÞ

øng víi mét sè gi¸ trÞ cè ®Þnh cña thang ®o

16/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng kÐp

 B­íc ®o: CM 2

 UA(t) = Um + mUmcosΩt  BTS2  T¹i ®iÓm B

UB(t) = mUmcosΩt  BTS2 t¸ch sãng biªn ®é tÝn hiÖu ©m tÇn

UC(t) = mUm + mUmcosΩt

 TÝn hiÖu nµy ®­a tíi ®ång hå chØ thÞ tõ ®iÖn  trÞ sè

chØ thÞ ®ång hå ~ gi¸ trÞ mUm α = mUm

v× Um = const, nªn cã thÓ kh¾c ®é trùc tiÕp ®ång hå chØ thÞ theo gi¸ trÞ ®é s©u ®iÒu biªn m

17/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng kÐp

 §©y lµ ph­¬ng ph¸p

th«ng dông nhÊt dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c m¸y hÖ sè ®iÒu biªn, tÝch hîp ngay trong c¸c m¸y thu ph¸t v« tuyÕn ®iÖn

 Sai sè kho¶ng 1 ÷5%.

18/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

PhÇn III §o ®iÒu tÇn

 Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng tÇn sè

 Ph­¬ng ph¸p sö dông tÝnh chÊt hµm Bessel

cÊp 0

 Ph­¬ng ph¸p sö dông MHS

19/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng tÇn sè

U§B§T(t)

U§T(t)

U§C(t)

T¸ch sãng biªn ®é

BiÕn ®æi §T  §B§T

Bé t¸ch sãng tÇn sè

 Nguyªn t¾c: sö dông bé t¸ch sãng tÇn sè ®Ó t¸ch tÝn hiÖu

®iÒu chÕ ra khái tÝn hiÖu ®iÒu tÇn; sau ®ã ®o biªn ®é cña tÝn hiÖu ®iÒu chÕ b»ng v«n mÐt ®iÖn tö

 V«n mÐt lµ d¹ng v«n mÐt t¸ch sãng biªn ®é

 Thang ®o cña v«n mÐt kh¾c ®é trùc tiÕp theo ®é dÞch tÇn

∆f

 §©y lµ ph­¬ng ph¸p th«ng dông nhÊt ®Ó ®o ®é dÞch tÇn

20/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng tÇn sè

 Bé t¸ch sãng tÇn sè: tÝn hiÖu ®iÒu tÇn U§T(t) ®­îc biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu võa ®iÒu biªn võa ®iÒu tÇn U§B§T(t), sau ®ã ®­îc t¸ch sãng biªn ®é ®Ó lÊy ra tÝn hiÖu ®iÒu chÕ UΩ(t)

UΩ(t)

Rt

U§T(t)

TSB§ BiÕn ®æi §T  §B§T

21/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

UB§

Um§B§T

t

f

fCH

f

f0

U§B§T(t)

∆f

0

t

t

UTSB§

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng tÇn sè

t

0

22/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng tÇn sè

U§T(t)

Trén tÇn

KhuÕch ®¹i trung tÇn

H¹n chÕ

T¸ch sãng tÇn sè

Läc tÇn thÊp

Ngo¹i sai

V«n mÐt ®iÖn tö

 M¸y ®o ®é dÞch tÇn b»ng ph­¬ng ph¸p t¸ch sãng tÇn

sè t­¬ng ®­¬ng víi s¬ ®å m¸y thu ®æi tÇn

23/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p sö dông tÝnh chÊt hµm Bessel cÊp 0

 Mét dao ®éng ®iÒu tÇn cã thÓ biÓu diÔn d­íi d¹ng phæ:

∞

n t

( )

(

) cos

n ( 1) cos(

)

=

+

) + Ω + −

n t − Ω

U t U J m m f

J m ( n f

0

t ω 0

ω 0

ω 0

∑

 ) cos( 

 

n

1 =

  

  

J0 (mf)





2,4

8,65

mf

5,52

11,79

Jo(mf) lµ hµm Bessel cÊp 0 cña chØ sè ®iÒu chÕ mf Jn(mf) lµ hµm Bessel cÊp n cña chØ sè ®iÒu tÇn mf

§å thÞ hµm Betxen cÊp 0 cña mf

24/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p sö dông tÝnh chÊt hµm Bessel cÊp 0

 TÝnh chÊt cña hµm Bessel cÊp 0: triÖt tiªu ë c¸c ®iÓm

mf = 2,4; 5,52; 8,65; 11,79...

 khi ®ã tÝn hiÖu tÇn sè mang ω0 trong phæ dao ®éng ®iÒu

tÇn còng bÞ triÖt tiªu

 Ph­¬ng ph¸p dùa vµo hµm Bessel cÊp 0 dùa trªn c¬ së hiÖn t­îng nµy dïng ®Ó ®o chØ sè ®iÒu tÇn mf  Quan hÖ cña chØ sè ®iÒu tÇn mf víi biªn ®é ®iÖn ¸p

®iÒu chÕ UΩm vµ tÇn sè ®iÖn ¸p ®iÒu chÕ Ω:

U

=

m

K

.

f

Ωm Ω

 Hai c¸ch thay ®æi mf

 thay ®æi Ω; gi÷ nguyªn UΩm (Ýt dïng)  thay ®æi UΩm; gi÷ nguyªn Ω (th«ng dông)

25/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p sö dông tÝnh chÊt hµm Bessel cÊp 0

M¸y ph¸t ®iÒu tÇn

U§T(t) M¹ch vµo Trén tÇn K§ trung tÇn Bé läc

Dao ®éng cao tÇn U§T(t)

K§ ©m tÇn Ngo¹i sai V«n mÐt §T

U§C(t)



S¬ ®å thùc hiÖn ph­¬ng ph¸p ®o chØ sè ®iÒu tÇn dùa vµo tÝnh chÊt hµm Bessel cÊp 0

ChØ thÞ Dao ®éng ®iÒu chÕ M¸y ®o ®iÒu tÇn

26/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p sö dông tÝnh chÊt hµm Bessel cÊp 0

UΩm

 B­íc hiÖu chØnh: khi mf

U4

U3

U2 U1

mf

2,4 5,52

8,65 11,79

thay ®æi qua c¸c gi¸ trÞ 2,4; 5,52; 8,65; 11,79… th× ®iÖn ¸p ®Çu ra cña m¸y thu sÏ b»ng 0. Ghi l¹i c¸c gi¸ trÞ cña vol mÐt ®iÖn tö t­¬ng øng víi c¸c thêi ®iÓm chØ thÞ trªn m¸y thu b»ng 0, ta cã c¸c gi¸ trÞ t­¬ng øng lµ U1, U2, U3... Tõ ®ã x©y dùng ®­îc ®Æc tuyÕn UΩm = ϕ(mf)

27/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p sö dông tÝnh chÊt hµm Bessel cÊp 0

UΩm

 B­íc ®o:

U4

U3

Ux

U2 U1

mf

2,4 5,52

8,65 11,79

mf

Gi¶ sö m¸y ph¸t lµm viÖc ë mét trÞ sè mf nµo ®ã cña chØ sè ®iÒu tÇn. Muèn x¸c ®Þnh trÞ sè mf ®ã chØ cÇn x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ë ®Çu ra cña volmet ®iÖn tö råi dùa vµo ®Æc tuyÕn t×m ra gi¸ trÞ mf

28/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

Ph­¬ng ph¸p sö dông MHS

 M¸y hiÖn sãng thiÕt lËp ë chÕ ®é khuÕch ®¹i

M¸y ph¸t ®iÒu tÇn

U§T(t)

M¹ch xoay pha

Dao ®éng phô

Dao ®éng cao tÇn

Y

X

K



 ChØ ®o ®é dÞch tÇn nhá Sai sè kho¶ng 10%

U§C(t)

Dao ®éng ®iÒu chÕ

d

=

 K më: ®iÒu chØnh tÇn sè dao ®éng phô  elip; ®iÒu chØnh xoay pha  ®­êng th¼ng  K ®ãng  h×nh ¶nh biÕn thµnh h×nh elip

m

arcsin

100

D

[ ] %

f

d D

mang th«ng tin vÒ mf

29/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010

VÀ CUỐI CÙNG LÀ ...

CẢM ƠN 

30/28

© Mai Quốc Khánh - 04/2010