ườ

ọ

ạ

Tr

ệ ng Đ i H c Công Ngh

Thông Tin

KHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNG

BÀI GI NG Ả

Ậ

Ử Ệ NH P MÔN ĐI N T   THÁNG 9/2012

1

ƯƠ

Ề

Ế

CH

NG 3: ĐI U CH

1. Khái ni mệ

ề 2. Đi u biên

ế ơ

ề

3. Đi u ch  đ n biên

ề ầ

ề

4. Đi u t n ­ Đi u pha

ể ứ ạ

ề

ộ ộ

1. Khái ni mệ Điều chế là quá trình thực hiện chuyển phổ của tín hiệu tin tức lên vùng có tần số cao hơn đ  b c x  truy n  đi xa (nhờ biến đổi một thông số nào đó như biên độ, tần số, góc . pha, đ  r ng xung…) - Tin tức được gọi là tín hiệu điều chế. - Dao động cao tần được gọi là tải tin hay tải tần. - Dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế.

Phân loại tín hiệu điều chế:

- Điều biên - Điều chế góc: điều tần và điều pha

ề 2. Đi u biên

Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tín hiệu biến

đổi theo tin tức.

ầ ố

ứ

ề

ế

ộ

ả

t, dao đ ng là đi u hoà và t n s  tin t c bi n thiên

ứ

ệ – tín hi u tin t c

ệ ả

i tin

ω

ế  thi          Gi ω ω ừ t   Smin÷  Smax:  us(t) = Us.cos( s.t) ω ut (t)= Ut.cos( t .t)  v i ớ ωt >>  Sω

ω

– tín hi u t

ω ω

= Ut [1 +m cos( s.t)]. cos t.t

ω ế

Tín hiệu điều biên: uđb (t)= [Ut + Us. cos( s.t)]. cos t.t

ớ ề ệ m ≤ 1.

V i m= Us / Ut  : H  s  đi u ch  ph i tho  mãn đi u ki n  ệ ệ ố ề ệ ượ ả ề ả ế ị ng quá đi u ch  làm cho tín hi u b

ọ ạ Khi m > 1 thì m ch có hi n t ầ méo tr m tr ng.

Suy ra:

ω

ω ω

ω ω

uđb (t)= Utcos(

t t)+ m/2.Utcos(

t + s)t+ m/2.Utcos(

t ­ s)t

ư ậ

ầ ả

ề

ể

ệ

Nh  v y, ngoài thành ph n t

i tin, tín hi u đi u khi n

ω

còn có hai biên t n. ầ ầ

ế

ω ω

ế

ầ ố ừ Biên t n trên có t n s  t ầ ướ ừ i t

ω  ( 1 +  Smin) đ n ( 1 +  ω ω  ( 1 ­  Smin) đ n (  1 ­

ω ω

Smax) và biên t n d Smax).

Sóng mang Dải băng tần thấp Dải băng tần cao

Phổ của tin tức

Phổ của tín hiệu điều biên

Trên thực tế. khi điều chế thường chọn m= 0.9 (cid:0) 0.95

Đồ thị thời gian của tin tức và tín hiệu điều biên khi m <1 và m >1

Quan hệ năng lượng trong điều biên

Trong tín hiệu điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức. Năng lượng được phân bố trong tín hiệu điều biên:

ấ ủ ả ỳ ả ấ ộ Công su t c a t i tin là công su t trung bình trong m t chu k  t i tin: (cid:0)

ầ ấ Công su t biên t n:

Công suất của tín hiệu đã điều biên là công suất trung bình trong một chu kỳ của tín hiệu điều chế:

Hệ số điều chế m càng lớn thì công suất tín hiệu đã điều biên càng lớn.

(cid:0) Khi m =1:

Các chỉ tiêu cơ bản của tín hiệu điều biên

a. Hệ số méo phi tuyến:

: là biên độ dòng điện ứng với hài bậc cao của tín hiệu điều chế.

: là biên độ của các thành phần biên tần (thành phần sóng cơ bản).

Để giảm méo phi tuyến (K) buộc phải giảm độ sâu điều chế (m).

b. Hệ số méo tần số:

Để đánh giá ta dựa vào đặc tuyến biên độ - tần số:

Hệ số méo tần số xác định theo biểu thức:

§Æ c tuyÕn biªn ®é ­ tÇn s è

m0 : hệ số điều chế lớn nhất m : hệ số điều chế tại tần số đang xét

C¸c m¹ch ®iÒu biªn ®ưîc x©y dùng dùa vào hai nguyªn t¾c

sau ®©y:

- Dïng  c ¸c  p hÇn tö  p hi tuy Õn: céng t¶i tin với tÝn hiÖu

®iÒu chÕ trªn ®Æc tuyÕn cña phÇn tö phi tuyÕn ®ã.

- Dïng  p hÇn tö  tuy Õn tÝnh c ã tham  s è  ®iÒu khiÓn ®ưîc :

ạ

ề

nh©n t¶i tin với tÝn hiÖu ®iÒu chÕ nhê phÇn tö tuyÕn tÝnh Các m ch đi u biên: ®ã. Các kiểu điều biên: điều biên cân bằng, điều biên vòng, điều biên

đơn.

-

Mạch điều biên cân bằng có ưu điểm giảm được méo phi tuyến.

-

Mạch điều biên đơn chỉ dùng một phần trở tích cực như điốt hoặc

tranzito.

ề

ạ

ằ : có ưu điểm giảm được méo phi tuyến

i. M ch đi u biên cân b ng

ω ω u1 = Utcos tt + Uscos st

ω ω u2 = Utcos tt ­ Uscos st

i1 =a0 + a1. u1+ a2. u12+ a3. u13+...

i2=a0 + a1. u2+ a2. u22+ a3. u23+...

ệ ả Dòng đi n ra t i i = i1 ­ i2

ω

ω

ω ω

ω ω

t + s)t + cos(

t ­  s)t]

ω ω

ω ω

i= Acos st + Bcos3 st + C[cos( +      + D[cos(2 t + s)t +cos(2 t ­  s)t]

A= Us[2a1 + 3a3Ut2 + (a3/2)  Us2] B= (a3/2) Us3 C= 2 a2UsUt D= 3/2 a3UsUt

V i:ớ

: thực chất là hai mạch điều chế cân bằng chung

ạ

ề ii. M ch đi u biên vòng

tải.

ủ ế ệ ề ằ ạ 1, Đ2 G i : ọ iI là dòng đi n ra c a m ch đi u ch  cân b ng Đ

ủ ệ ạ iII là dòng đi n ra c a m ch đi u ch 3, Đ4 ế cân b ng Đằ

(cid:0) ề iđb = iI + iII   = 2.C.[cos(ωt+ωS)t+ cos(ωt− ωS)t]

Điều chế vòng cho méo phi tuyến nhỏ nhất vì nó khử được các hài bậc lẻ của ωS và các biên tần 2ωt .

ơ

ề

3. Đi u biên đ n

ả ế

ằ ồ ề ề ổ ủ ầ ầ

ư ệ t, ph  c a tín hi u đi u biên g m t ứ

ộ ề ủ ứ

ể ầ ỉ ầ ỉ ề ộ ướ ặ ầ ộ

ω ω

ả ầ ả i t n gi m m t n a.

t + s)t

ạ - Khái ni m: ệ m tộ  d i biên t n. là quá trình đi u ch  nh m t o ra  ả ầ ế i t n và hai biên t n, trong   Ta bi ứ ầ ả đó  biên  t n  mang  tin  t c.  Vì  hai  d i  biên  t n  mang  tin  t c  nh   nhau  ả ầ nên ch  c n truy n đi m t biên t n là đ  thông tin v  tin t c; còn t i  ể ầ t n ch  dùng đ  tách sóng, có th  nén toàn b  ho c m t ph n tr c khi  ề truy n đi.  Điều biên đ nơ tuy tốn kém nhưng có các ưu điểm sau: - Đ  r ng t ộ ử ộ ộ - Công suất bức xạ yêu cầu thấp hơn cùng với một cự ly thông tin. - Tạp âm đầu thu giảm do giải tần của tín hiệu hẹp hơn. Biểu thức: uđb = m/2Ut(cos(

ệ ố ả ị ừ ể ậ m=Us/Ut  : h  s  nén t i tin, m có th  nh n các giá tr  t 0 ÷ ∞

ế ơ

ề

ng pháp đi u ch  đ n biên:

ươ ươ ươ ươ

Các ph ­ Ph ­ Ph ­ Ph

ế ợ ọ ọ ng pháp l c ng pháp quay pha ng pháp k t h p l c và quay pha

Sơ đồ khối mạch điều chế đơn biên bằng phương pháp lọc

Phổ của tín hiệu vào

Phổ của tín hiệu điều chế cân bằng 1

Phổ của tín hiệu đầu ra bộ lọc 1

Phổ của tín hiệu đầu ra bộ lọc 2

Phổ của tín hiệu ra của các khối theo sơ đồ phương pháp lọc đơn biên

Sơ đồ điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha

Sơ đồ điều chế đơn biên theo phương pháp kết hợp lọc và quay pha

Phổ tín hiệu ra theo phương pháp kết hợp lọc và quay pha

ề

4. Đi u t n

ề ầ và đi u pha

Điều tần và điều pha là ghi tin tức vào tải tin làm cho tần số hoặc pha tức thời của tải tin biến thiên theo dạng tín hiệu điều chế. Quan hệ gi aữ tần số và góc pha của một dao động:

ω

ψ

ϕ

ề

ệ

ạ

Tín hi u đi u hòa có d ng: ut(t) = Utcos(

tt +  0) = Utcos (t)

(cid:0)

(cid:0)

Giả thiết tín hiệu điều chế là đơn âm: us(t) =Uscos stω

ề

ề

ặ ế

ặ ề

ế

ộ

ế ầ ố Khi đi u ch  t n s  ho c đi u ch  pha thì t n s  ho c góc pha  ầ ủ c a dao đ ng cao t n bi n thiên t

ầ ố ệ  v i tín hi u đi u ch

ế ỷ ệ ớ  l

ω

ω

ω

ω

ω

(t)=

ω t + Kđt. Uscos st = t + Δ m. Uscos st

φ(t)= φ0 + Kđp.Uscos st=ω φ0 + Δφm. Uscos stω

(cid:0)

Khi điều chế tần số góc pha đầu không đổi nên ϕ(t) = ϕ0

ượ ượ ng di t n c c đ i; l ự ạ ng di pha c c đ i Δ m: ω l ầ ự ạ Δ m: φ

ω

ω ω

ω

ϕ

uđt(t) = Utcos(

tt +Δ m/ s.sin st + 0)

ω

ω

ω

ϕ

uđp(t) = Utcos(

tt +Δ m.cos st + 0)

(cid:0)

ω ω ượ Lượng di pha đạt được khi điều pha Δφ = Δφm cos ttω L ng di t n t ầ ươ ứ Δ  = Δω ng  ng φm . s. sin st

ề ầ

ạ

M ch đi u t n

Nguyên tắc thực hiện điều tần trong các bộ tạo dao động là làm biến đổi trị số điện kháng của bộ tạo dao động theo điện áp đặt vào. Phương pháp phổ biến nhất là dùng điốt biến dung (varicap) và tranzito điện kháng.

k là hệ số tỷ lệ. φk là hiệu điện thế tiếp xúc mặt ghép, với điốt Silic φk ≈ 0,7 V γ là hệ số phụ thuộc vật liệu

a) Mạch điều tần trực tiếp dùng điốt biến dung:

Tần số dao động của mạch

Điện áp đặt lên điốt: uD=ut−uS−E0=Ut.cosωtt−US.cosωSt−E0

Để điốt luôn được phân cực ngược cần thoả mãn điều kiện: uD= uDmin=| ­Ut ­ Us ­ E0 | ≤ ungcphep

Nguyên lý hoạt động: khi có điện áp tin tức us tác động vào nó sẽ tác động một điện áp ngược lên điốt biến dung D và từ đó giá trị điện dung của điốt sẽ thay đổi làm cho tần số cộng hưởng của mạch thay đổi. Đặc điểm:- Chỉ phân cực ngược cho điốt để tránh ảnh hưởng của RD đến phẩm chất của hệ tạo dao động nghĩa là đến độ ổn định tần số của mạch. - Phải hạn chế khu vực làm việc trong đoạn tuyến tính của đặc tuyến CD = f(uD) của điốt biến dung để giảm méo phi tuyến. Lượng di tần tương đối khi điều tần dùng điốt biến dung đạt được khoảng 1%. - Vì dùng điốt điều tần nên thiết bị điều tần có kích thước nhỏ. Có thể dùng điốt bán dẫn để điều tần ở tần số siêu

cao, khoảng vài trăm MHz. Tuy nhiên độ tạp tán của tham số bán

dẫn lớn, nên kém ổn định.

ề ầ

ệ

b. M chạ  đi u t n dùng tranzito đi n kháng:

Phần tử điện kháng là phân áp RC. Trong đó T1 là tranzito điện kháng, T2 là tranzito dao động. Tranzito điện kháng được mắc một phần (trên L1) với hệ dao động. Cũng có thể mắc hai tranzito điện kháng thành một mạch đẩy kéo để tăng lượng di tần.

ạ

ề

theo Amstrong

M ch đi u pha

ω

ω

ω ω

ω

t + s)t+cos(

t ­

ω

ω

ω ω

ω ω

ω uđb1=Ut1(1+mcos st)cos tt=Ut1 cos tt + mUt1/2[cos( s)t]ω ω uđb2=Ut2(1­ mcos st)sin tt=Ut2 sin tt ­ mUt/2[sin(

t + s)t+sin(

t ­  s)t]

Điện áp uđp = uđb1 + uđb2 là một dao động điều chế về pha và biên độ. Điều biên ở đây là điều biên ký sinh. Mạch có nhược điểm là lượng di pha nhỏ. Để hạn chế mức điều biên ký sinh chọn Δϕ nhỏ. Để có điều biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì Δϕ < 0,35.