Tách Sóng: Bài Giảng Nhập Môn Điện Tử Chương 4

ườ

ọ

ạ

Tr

ệ ng Đ i H c Công Ngh

Thông Tin

KHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNG

Ậ

BÀI GI NG Ả THÁNG 9/2012 Ệ Ử NH P MÔN ĐI N T

ƯƠ

CH

NG 4: TÁCH SÓNG

1. Tách sóng biên độ

ệ ơ

2. Tách sóng tín hi u đ n biên

ề ầ

ệ

3. Tách sóng tín hi u đi u t n

ệ

ề

4. Tách sóng tín hi u đi u pha

ấ ạ

ề

ệ

1. Tách sóng biên độ Tách sóng là quá trình l y l

i tín hi u đi u ch

ế. Tín hiệu sau tách sóng phải giống dạng tín hiệu điều chế ban đầu. Để tín hiệu ra không méo thì tín hiệu vào tách sóng phải có biên độ đủ lớn. ớ ươ ứ

ạ

ề

ạ

ng ng v i các lo i đi u ch , ta cũng có các m ch tách sóng

ề

ầ ,

ề

, t á c h s ó n g đ i u t n

ế s a u đ â y : t á c h s ó n g đ i u b iê n ề t á c h s ó n g đ i u p h a

ố ơ ả

a. Các tham s c b n

ệ ố

+ H s tách sóng:

ế

ệ

ố ớ

: UVTS=U’0+u’

ộ

ậ

ầ

ế ề u’:thành ph n bi n thiên ch m theo

ờ

ệ

URTS=U”0+u”

ề

: URTS(t) = KTS.UVTS(t)

ộ h s tách sóng

: KTS = URTS/UVTS ế

ế

ầ

ệ ố

ứ

ậ

-Tín hiệu vào bộ tách sóng là tín hiệu đã điều biên: ω (bi n thiên theo quy lu t ậ uVTS= UVTS.cos tt= U t.cos tt tin t c)ứ - Đ i v i tín hi u vào ầ U’0 :thành ph n m t chi u, th i gian ố ớ Đ i v i tín hi u ra: ệ Tín hi u ra b tách sóng đi u biên ệ ố ệ ố ỷ ệ H s t ỉ ầ - Quá trình tách sóng ch c n quan tâm đ n thành ph n bi n thiên ch m (mang tin t c), do đó, h s tách sóng:

KTS =u”/u’

ở

ộ

+ Tr kháng vào b tách sóng:

ĐÆ c trưng cho m ø c ®é ¶nh hưë ng cña bé t¸ch s ãng ®Õn nguån tÝ n hiÖu vào.

+ Méo phi tuy n:ế

ủ

ệ

ề

ầ ế

§Æ c trưng cho s ù s ai lÖch cña tÝ n hiÖu håi phôc và tÝ n ω hiÖu ban ®Çu, t ro n g đ ó I2 t , I3 t , ... là t h à n h ệ p h n d ò n g đ i n c á c s ó n g h à i c a t ín h i u đ i u ạ ệ khi qua m ch tách sóng. ấ c h x u t h i n

ề

b. M chạ t á c h s ó n g đ i u b iê n

i.M¹c h t¸c h s ãng b iª n ®é d ïng m ¹c h c hØnh lưu:

Tách sóng dùng diot nối tiếp

Tách sóng dùng diot song song

ố ế

ạ

ả

Kh o sát m ch n i ti p:+ iD= S.uD = S (uđb uC)

Trong đó: uđb=Uđbcos st =Ut(1+mcos st) ω => iD = S.uD=S(Uđbcos st uc) cos tt

ệ

ắ

ẫ

ệ ủ diode),

θ => iD = S.uD=S(Uđbcos st cos )

ợ ườ + Tr ng h p: iD= I0 + I1cos tt + I2cos2 tt+ I3cos3 tt+...+ ω I4cos4 tt+....

ệ

Đi n áp ra trên t

ả : i

V i ớ ωst=θ (góc c t tín hi u, góc d n đi n c a

ệ

ỉ ụ ụ

ệ

ẫ

ố ỗ ộ ch ph thu c vào thông s h ộ i R mà không ph thu c vào tín hi u vào. ệ

ệ ớ

ư ậ

ệ ị

ắ ậ : Góc c t tín hi u Nh n xét ở ả d n S và đi n tr t Nh v y, tách sóng tín hi u l n thì tín hi u đó không b méo.

ụ

Ví d : cho =900

ầ ế

ầ

Thành ph n k t h p ợ

ầ ơ Thành ph n c b n ả

Thành ph n 1 chi u ề ườ

ω ω ω ầ t ± s, v ỉ ấ ờ ạ c lo i b d dàng nh m ch l c thông th p. Ch ồ ầ ữ

ụ

ệ

ω ầ t >> s do đó các thành ph n Thông th ω ω ượ ọ ạ ỏ ễ n t ± s đ còn thành ph n h u ích, là tín hi u h i ph c:

ờ ạ

ệ ớ Quá trình tách sóng tín hi u l n ố ỉ nh m ch ch nh l u dùng đi t

Đồ thị thời gian điện áp

ả ộ

ố ế

ra uC trên t

i b tách sóng n i ti p.

Hiện tượng méo tín hiệu tách sóng do tải điện dung quá lớn.

τ ọ ằ ệ i

ủ ớ ệ ứ ệ ầ ồ ổ

ớ ứ ố ể ọ ố ờ ả Ch n h ng s th i gian =RC đ l n sao cho đi n áp trên t ụ (tín hi u h i ph c), gi ng v i tín hi u tin t c ban đ u. T ng quát R, C ch n theo bi u th c sau:

ề ệ Thực tế thường chọn RC t h e o đ i u k i n :

ễ ầ ả ố t ≥ ω Mu n d dàng tho mãn c n 100 Sω max

ạ ư

ộ ể c t

ượ ầ ầ ố ớ ầ ượ ụ ệ c đi m là thành ph n cao t n d dàng đi ra t

ể ơ ồ

ề ừ ầ ộ ể ạ ượ + Đ i v i m ch tách sóng song song có u đi m là có th lo i đ c ề ạ ư đi n); nh ng l thành ph n m t chi u DC (do không qua đ i ả ả ầ ễ có nh i, c n ph i ợ ườ ỉ ượ ọ c dùng trong tr ng h p l c. Nên s đ tách sóng song song ch đ ướ ư ớ . ầ ầ i c đ a t c n ngăn thành ph n m t chi u t t ng tr

ầ ử

ế

ố

ii.M¹c h t¸c h s ãng b iª n ®é d ïng ph n t

tuy n tính tham s

ươ

ạ Dùng m ch nhân t tự ω tín hi u đ u vào b tách sóng

ω ệ ầ ộ uđb =Ut(1+mcos st) cos tt :

ộ ut =Utcos( tt +ω φ): tín hi u dao đ ng n i ộ ệ

ur=K.ut.uđb=

ầ ữ ể ấ ạ ọ Dùng m ch l c thông th p có th tách ra thành ph n h u ích:

ậ Nh n xét :

ầ ả ầ

i t n;

ố

ả

ầ ố ả

ổ ệ ượ

i tin

c sóng ut ph i có t n s b ng t n s t

ụ

(φ là góc l ch ệ

⇒

ụ i tin ph . ⇒ u’r=0

ọ ọ

ộ ừ

ộ

ừ ộ

ọ

ả φ = ± 900 ọ ọ ề ộ ; b tách sóng biên đ pha ả ồ

ệ

ộ

ệ ầ ố

ộ

ồ

Trong ph đi n áp ra không có thành ph n t ầ ố ằ Mu n tách đ ề ủ c a t/h đã đi u biên; ộ ầ ộ ệ Biên đ đi n áp đ u ra ph thu c vào góc pha ệ ầ ữ pha gi a tín hi u c n tách sóng và t Khi φ = 0 ự ạ u’r c c đ i, khi B tách sóng v a có tính ch n l c v biên đ , v a có ch n l c ề v pha g i là ả ầ ể Đ tách sóng có hi u qu c n ph i đ ng b tín hi u vào và ệ ụ ả t i tin ph vào t n s và góc l ch pha. B tách sóng này còn có ộ ộ ọ tên g i là b tách sóng đ ng b .

2. Tách sóng tín hi u đ n biên ế

ệ ơ ờ ạ

ề

ệ

Tách sóng tín hi u đ n biên nh m ch đi u ch vòng

ệ

Tín hi u đ n biên

ầ ố t/h t n s cao

ữ

ầ ố ấ t/h t n s th p h u ích

ả

tín hi u ệ ầ ố ấ t n s th p

ụ ừ i tin ph t t/h t ộ ộ ộ b dao đ ng n i

ư ươ ộ ấ ồ

ệ ả ế ộ ị

ả ạ ề ng pháp tách sóng đ ng b , v n đ là ph i t o ộ ệ i tin và tín hi u dao đ ng n i. ọ ấ ả i tin đã b nén, i quy t v n đ này, ti n hành l c l y t ộ ầ ệ ế ộ Cũng nh ph ộ ề ầ ố ự ồ ra s đ ng b v t n s tín hi u t ề ế ấ ể ả Đ gi ạ ể ế ồ r i khu ch đ i đ có tín hi u dao đ ng n i c n thi t.

ệ

ề

ổ ộ ệ ề ầ

ế ớ ầ ố ề ầ

3. Tách sóng tín hi u đi u ệ ầ ố Tách sóng tín hi u đi u t n là quá trình bi n đ i đ l ch t n s t nầ ệ ứ ờ ủ t c th i c a tín hi u đã đi u t n so v i t n s trung bình thành ở ầ ế bi n thiên đi n áp ệ ố

ệ

Âàûc tuyãún truyãön âaût cuía bäü taïch s oïng

đ u ra. ạ ề H s truy n đ t

ổ ế ề ề ệ

ệ ự

ế ộ ộ ề ầ ế ệ ổ

ề ế ộ ộ ờ ạ ự ệ ệ

ầ ố ủ ệ ầ ầ ố

ữ ệ ộ ố

Tách sóng điều tần và điều pha thường được thực hiện theo một trong những nguyên tắc sau: ặ ề ầ ệ Bi n đ i tín hi u đi u t n ho c đi u pha thành tín hi u đi u biên ộ ồ r i th c hi n tách sóng biên đ . ệ Bi n đ i tín hi u đi u t n thành tín hi u đi u ch đ r ng xung ề ồ r i th c hi n tách sóng t/hi u đi u ch đ r ng xung nh m ch tích phân. ộ ộ Làm cho t n s tín hi u c n tách sóng bám theo t n s c a m t b ờ ệ ố ạ t o dao đ ng nh h th ng vòng gi pha PLL, đi n áp sai s chính ầ là đi n áp c n tách sóng.

ệ

ề ầ

ộ

ệ

ạ

a. M ch tách sóng đi u t n dùng m ch l ch c ng h

ạ ngưở

ộ

ỉ

ề

ầ ố

ưở ế i các t n s 1 và 2. N u g i t n s trung tâm

ạ ọ ầ ố ω

ω ω

ầ

ộ ầ c đi u ch nh t ệ

t thì: 1 = 0 + Δ ; 2 = 0

ạ

ộ

ố

ự ề ủ

ệ ệ

ủ

ụ

ầ

ổ

ộ

ệ

+ Đ u vào hai b tách sóng biên đ (D1,D2) là hai m ch c ng h ω ω ạ ượ đ ω ề ầ ủ c a tín hi u đi u t n đ u vào là 1 = − Δω ỏ ầ ưở ẩ n g l c h k h i t n s t ru n g + S đ i u c h u n m c h c n g h ộ ộ ệ b ìn h c a t ín h i u v à o là m b iê n đ đ i n á p v à o c a h a i b ố t á c h s ó n g b iê n đ (U1 , U2 ) t h a y đ i p h t h u c v à o t n s đ i n á p v à o .

ủ

ế

U1 = m .Uđt Z1 U2 = m. UđtZ2 ệ ố m = M/L: h s ghép c a bi n áp vào

ủ

ạ

ộ

ở

ưở

ở ầ ố ộ

ưở

Rtd1, Rtd2 : tr kháng c a hai m ch c ng h

ng 1 và 2.

ạ

ẩ

ộ

t n s c ng h ưở

ươ

ấ ủ Q1 , Q2 là p h m c h t c a c á c m c h c n g h

n g t

ứ n g n g .

ạ

ộ

ưở

n g n h n h a u t a c ó : Rt d 1 = Rt d 2 = R ,

ọ + Ch n h a i m c h c n g h Q1 = Q2 = Q

ố ươ

ố ộ

ữ

ầ

ố

n g đ i g i a t n s c n g

ố ầ n g riê n g

ủ

ạ

ố

ộ

ộ ệ ưở ủ ệ

đ l c h s t n s t h ớ ầ c a m c h d a o đ n g v i t n s t ru n g b ìn h c a t ín h i u v à o .

ộ ệ

ữ

ệ

ố

ầ n g đ i g i a t n s t ín h i u

ố ầ đ l c h s t n s t ầ v à o v à t n s

ố ươ ố trung bình.

ệ ổ

ế ệ ự ệ ộ ộ

ệ

ổ

Đi n áp ra t ng:

ệ ố h s tách sóng

: KTS

ề ề ầ ệ Quá trình bi n đ i tín hi u đi u t n thành tín hi u đi u biên đã ậ ượ ượ đ c các đi n c th c hi n. Qua b tách sóng biên đ ta nh n đ áp:

ệ ố

ề

ạ H s truy n đ t

x= 0 + Váûy S f phuû thuäüc vaìo x o. Âaûo haìm (S f) the o x o vaì xe ït

cæ ûc trë ta tháúy

1 2

S f = S fm ax khi x O =

+ Váûy m uäún hãû s äú truyãön âaût cæ ûc âaûi phaíi choün

læ åüng lãûch táön Δωo the o âiãöu kiãûn s au âáy:

ưở

ộ

ượ đi m lể

ố ứ

ạ ộ

ạ

ỉ

ệ + Tách sóng dùng m ch l ch c ng h ưở ch nh cho hai m ch c ng h

ng có nh ng hoàn toàn đ i x ng, nên ít đ

à khó đi u ề ượ c dùng.

(cid:0)

ạ

ộ

ạ

ưở

ề ầ b. M ch tách sóng đi u t n dùng m ch c ng h ghép

ắ

ạ

ế

ệ

ề

ế

ể ệ

ự

ầ ố M ch đi n làm vi c theo nguyên t c chuy n bi n thiên t n s t h à n h b i n t h iê n v p h a , s a u đ ó t h c h i n t á c h s ó n g p h a ộ n h t á c h s ó n g b iê n đ .

ờ TÝ n hiÖu ®iÒu tÇn ®ưîc ghÐp the o 2 hưíng(hình vu«ng nÐt ®ø t): + Qua biÕn ¸p (L1, L2) ®ưa ®Õn m ¹ch dao ®é ng thø cÊp: L2, C2 M¹ch biªn ®é t¸ch s ãng pha: + Qua tô Cgh ®ưa vào bé t¸ch s ãng biªn ®é .

UD1=U1 + U2 UD2=U1 - U2

Cã 3 kh¶ n¨ng:

ầ ố ộ ưở ủ ạ ng c a m c h

ầ ố ưở ệ ơ ấ ứ ấ ộ

+ Khi t n s tín hi u vào f = f0 (t n s c ng h c n g h n g s c p v à t h c p : => us= us1 us2= KTS(UD1 UD2)= KTS.0=0

+ Trường hợp f > f0: Mạch cộng hưởng thứ cấp mang tính chất điện cảm. Tần số tín hiệu vào càng lệch khỏi tần số cộng hưởng trung tâm f0 thì biên độ UD1 càng lớn hơn biên độ UD2 , do đó trị số điện áp ra us càng lớn.

+ Khi f < f0: M¹ch cé ng hưë ng thø cÊp m ang tÝ nh chÊt ®iÖn dung. UD1 < UD2, tø c là us = KTS (UD1 UD2), càng nhá.

ổ ố ầ ầ ệ

ủ

ự ư

ẽ ị ố ệ ệ ủ ầ ố

ự ệ ố

ố ế ầ t t n s t ín ề ố ớ

ỏ ơ ệ ơ ạ i k h i t n s t ín h i u v à o t h a y đ i t h ì đ u n ú t Tó m l ể ơ UD1 v à UD2 d i c h u y n t rê n c á c v ò n g t rò n c a v é ct ổ ề ị ệ 1 v à 2 t rê n h ìn h v là m c h o đ i n á p ra t h a y đ i v t r ặ ộ ố s v à c c t ín h . Tr s đ i n á p ra đ c t r n g c h o đ ớ ầ ệ l c h c a t n s t ín h i u v à o s o v i t n s t ru n g t â m ủ f0 , c ò n c c t ín h c a đ i n á p ra c h o b i ỏ ầ ệ h i u v à o l ch k h i t n s t ru n g t â m v p h ía n à o (l n h n h a y n h h n f0 ).

ạ

ỉ ộ ạ ễ ề ộ n g

ố ưở ề ộ

ụ ụ ầ ộ ộ ộ

ụ ể

ệ ượ ạ ướ ặ ạ ạ ộ

n g g h é p ít g â y m é o Tá c h s ó n g d ù n g m c h c n g h ở ầ ưở ả v à d đ i u c h n h v ì c h a i m c h đ u c n g h t n ệ ừ s f0 . Tu y n h iê n đ i n á p ra t ro n g b t á c h s ó n g n à y v a ố ừ p h t h u c t n s v a p h t h u c b iê n đ t ín h i u v à o U1 ắ ễ ể ộ c đ i m n ê n n ó s in h ra n h i u b iê n đ . Đ k h c p h c n h ế ả n à y, p h i đ t t r c m c h t á c h s ó n g m t m c h h n c h b iê n đ .ộ

ỷ ố

ạ

c. M ch tách sóng t s

ạ

ừ

ụ ạ

ừ

ụ

ế

ệ

M ch v a làm nhi m v tách sóng v a làm nhi m v h n ch biên đ .ộ - The o KCII cho vß ng nÐt ®ø t : us1 + us - uR=0 =>

ộ ộ ở ầ

ề

đ u vào nên

ượ

NÕu cè ®Þnh U0 (cid:0) cons t, th× tÝ n hiÖu ra t¸ch s ãng us chØ phô thué c vào tØ s è biªn ®é ¸p vào us 2/ us 1, v× b¶n th©n us 1 , ỷ us 2 l¹i phô thué c biÕn thiªn tÇn s è ®Çu vào, tø c là b tách sóng t ế ố s không có ph n ng v i các bi n thiên v biên đ tránh đ

ớ ả ứ ộ ễ c nhi u biên đ .

ạ

d. M ch tách sóng Koinridenz

ệ , chÝ nh là chuçi Fourie r cña d∙y xung tam

ệ Tín hi u đi n áp ra uS gi¸c. Mạch dïng ®Ó t¸ch s ãng tÝ n hiÖu trong ph¸t thanh và truyÒn h×nh.

ề

ằ

ệ 4. Tách sóng tín hi u đi u pha b ng

diot

TÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ ®ưîc gi¶i thÝch theo kiÓu vector

ạ ạ

ố ẽ như h ìn h v . Tín h i u

ề ệ ầ

ề ẩ ớ ộ ộ

ứ ằ M ch t á c h s ó n g p h a c â n b n g là h a i m c h t á c h s ó n g ệ ớ ộ b iê n đ d ù n g đ i t g h é p v i n h a u ượ c c n t á c h s ó n g ch ín h là t ín h i u đ ã đ i u p h a u d f đ ể s o s á n h v p h a v i m t d a o đ n g c h u n u c h . Bi u t h c u d f v à u c h n h s a u :

uđf= U1cos( 01t + uch= U2cos( 02t +

φ(t)+ φ01)= U1cosφ1(t) φ02)= U2cosφ2(t)

ệ

ặ

ộ

ươ

ứ

Đi n á p đ t lê n h a i b t á c h s ó n g t

n g n g là :

Áp dông c«ng thø c hàm s è cos in cho c¸c tam gi¸c:

ư ω ω

ệ

ộ

Đi n áp

ra b tách sóng:

uS = uS1 uS2 =

KTS =us /m Ut :hÖ s è t¸ch s ãng

ω và φ01 = φ02, th× ®iÖn ¸p chØ Δφ(t)= φ(t), tø c

ω + NÕu 01= 02 là điÖn ¸p ra chØ phô thué c vào pha cña tÝ n hiÖu vào Ta cã m ¹ch t¸ch s ãng pha. + Tư¬ng tù φ(t)=0, ta cã m ¹ch t¸ch s ãng t nầ s è . + Thùc tÕ tÝ n hiÖu ®iÒu chÕ thưê ng là kÕt hîp c¶ pha và tÇn cho nªn tæ ng qu¸t cã thÓ dïng phư¬ng ph¸p này ®Ó gi¶i ®iÒu chÕ tÝ n hiÖu.