Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử - ThS. Nguyễn Duy Chuyên

Chia sẻ: Nguyen Tung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:274

Thêm vào BST

Báo xấu

204
lượt xem 72
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Kỹ thuật mạch điện tử" được biên soạn nhằm phục vụ cho giảng dạy các môn kỹ thuật chuyên ngành được thuận lợi, làm tài liệu giúp cho các học viên khi làm đồ án tốt nghiệp và làm tài liệu tham khảo có ích cho các cán bộ khi khai thác, thiết kế thiết bị thu-phát.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử - ThS. Nguyễn Duy Chuyên

HäC VIÖN Kü THuËT QU¢N Sù Bé M¤N C¬ Së Kü THUËT V¤ TUYÕN - KHOA V« TUYÕn §IÖN Tö Ths. NguyÔn Duy chuyªn (chñ biªn) Pgs . ts tr−¬ng v¨n cËp - ts. trÇn h÷u vþ - Ts. nguyÔn huy hoµng Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö ( PhÇn hai - Dïng cho chuyªn ngµnh th«ng tin và tác chiến điện tử) Hµ néi - 2008
Môc lôc Trang Lêi nãi ®Çu................................................................................................................. 7 Ch−¬ng 1 S¬ ®å khèi tæng qu¸t, chØ tiªu kü thuËt chñ yÕu cña c¸c thiÕt bÞ thu ph¸t ............................................................................... 9 1.1. S¬ ®å Chøc n¨ng, chØ tiªu chÊt l−îng cña m¸y ph¸t........................................ 9 1. S¬ ®å chøc n¨ng vµ c¸c phÇn c¬ b¶n cña m¸y ph¸t......................................... 9 2. C¸c chØ tiªu kü thËt cña m¸y ph¸t................................................................... 11 1.2. S¬ ®å Chøc n¨ng, chØ tiªu chÊt l−îng cña m¸y thu........................................ 13 1. S¬ ®å chøc n¨ng vµ c¸c phÇn c¬ b¶n cña m¸y thu......................................... 13 2. ChØ tiªu chÊt l−îng cña m¸y thu ..................................................................... 15 Ch−¬ng 2 T¹p ©m .................................................................................................. 18 2.1. Kh¸i niÖm vÒ t¹p ©m......................................................................................... 18 2.2. C¸c ®Æc tr−ng thèng kª cña t¹p ©m ................................................................. 19 1. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¹p ©m ............................................................ 19 2. MËt ®é ph©n bè x¸c suÊt .................................................................................. 20 3. Gi¸ trÞ trung b×nh cña b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p t¹p ©m ..................................... 20 4. Ph−¬ng sai cña ®iÖn ¸p t¹p ©m ........................................................................ 21 5. Hµm tù t−¬ng quan cña ®iÖn ¸p t¹p ©m ......................................................... 21 6. Phæ n¨ng l−îng cña t¹p ©m.............................................................................. 22 2.3. Sù truyÒn t¹p ©m qua m¹ng bèn cùc tuyÕn tÝnh - d¶i t¹p ©m t−¬ng ®−¬ng. 22 2.4. T¹p ©m nhiÖt cña m¹ch thô ®éng.................................................................... 25 1. T¹p ©m cña ®iÖn trë thuÇn .............................................................................. 25 2. T¹p ©m cña m¹ch RC....................................................................................... 26 3. T¹p ©m cña m¹ch céng h−ëng LC .................................................................. 27 2.5. T¹p ©m cña anten thu........................................................................................ 29 2.6. T¹p ©m cña dông cô ®iÖn tö vµ b¸n dÉn ......................................................... 30 1. T¹p ©m cña ®Ìn ®iÖn tö 2 cùc .......................................................................... 31 2. T¹p ©m cña ®Ìn 3 cùc ....................................................................................... 32 3. T¹p ©m ®Ìn 5 cùc. ............................................................................................. 33 4. T¹p ©m ®Ìn trén tÇn......................................................................................... 34 5. T¹p ©m cña ®Ìn ®iÖn tö ë siªu cao tÇn (SCT) ................................................ 35 6. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng t¹p ©m cña ®Ìn ®iÖn tö. ................................................... 35 7. T¹p ©m cña b¸n dÉn. ........................................................................................ 37 2.7. HÖ sè t¹p ©m vµ ®é nh¹y m¸y thu ................................................................... 39 1. HÖ sè t¹p ©m...................................................................................................... 40 2. HÖ sè t¹p ©m cña c¸c m¹ng 4 cùc m¾c nèi tiÕp. ............................................. 43 Ch−¬ng 3 TuyÕn tÇn sè tÝn hiÖu ................................................................. 46 3.1. CÊu tróc cña tuyÕn tÇn sè tÝn hiÖu ®Ó ®¶m b¶o ®é nh¹y ®· cho.................... 46 1. HÖ sè t¹p ©m cña m¸y thu................................................................................ 47 2. §é nh¹y cña m¸y thu........................................................................................ 48 3
3. Chän c¸c tham sè cña tuyÕn tÇn sè tÝn hiÖu suÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o cña ®é nh¹y cao cña m¸y thu............................................................................... 51 3.2. CÊu Tróc cña tuyÕn tÇn sè tÝn hiÖu ®Ó ®¶m b¶o ®é chän läc ®· cho............. 52 1. §é chän läc mét tÝn hiÖu .................................................................................. 53 2. §é chän läc nhiÒu tÝn hiÖu................................................................................ 56 3.3. M¹ch vµo ........................................................................................................... 62 1. M¹ch vµo cã mét m¹ch dao ®éng trong hÖ thèng chän läc .......................... 64 2. M¹ch vµo cã nhiÒu m¹ch céng h−ëng trong hÖ thèng chän läc.................... 69 3.4. C¸c s¬ ®å c¬ b¶n cña bé khuÕch ®¹i Trong tuyÕn tÇn sè tÝn hiÖu. ................ 72 1. Bé khuyÕch ®¹i katèt chung ............................................................................ 72 2. S¬ ®å dïng ®Ìn ba cùc m¾c l−íi chung........................................................... 80 3. S¬ ®å cascode..................................................................................................... 85 3.5. ®Æc ®iÓm c¸c s¬ ®å tuyÕn tÇn sè tÝn hiÖu dïng transistor l−ìng cùc ............. 87 1. Bé khuÕch ®¹i m¾c emitor chung.................................................................... 88 2. S¬ ®å trung hoµ håi tiÕp trong......................................................................... 94 3. Bé khuÕch ®¹i baz¬ chung ............................................................................... 98 3.6. Bé khuÕch ®¹i sö dông b¸n dÉn tr−êng......................................................... 100 1. §Æc ®iÓm chung............................................................................................... 100 2. C¸c s¬ ®å c¬ b¶n ............................................................................................. 101 Ch−¬ng 4 C¸c bé khuÕch ®¹i cao tÇn cã t¹p ©m nhá ................ 104 4.1. Bé khuÕch ®¹i dïng ®Ìn sãng ch¹y ................................................................ 104 1. CÊu tróc vµ nguyªn t¾c c«ng t¾c ................................................................... 105 2. T¹o nhãm ®iÖn tö trong tr−êng sãng ch¹y ................................................... 106 3. C¸c chØ tiªu chÊt l−îng cña bé khuÕch ®¹i cao tÇn dïng ®Ìn sãng ch¹y. .. 108 4.2. Nguyªn lý m¹ch hai cùc khuÕch ®¹i.............................................................. 114 1. S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña m¹ng 2 cùc khuÕch ®¹i. .......................................... 115 2. M¹ng hai cùc khuÕch ®¹i theo kiÓu - ph¶n x¹ - m¾c song song.................. 119 4.3. Bé khuÕch ®¹i cao tÇn dïng ®ièt tunel ......................................................... 119 1. §Æc tuyÕn v«n - ampe cña ®ièt tunel............................................................. 119 2. C¸c chØ tiªu chÊt l−îng cña bé K§CT dïng ®ièt tunel ............................... 122 3. S¬ ®å cÊu tróc ®iÖn cña bé K§CT dïng ®ièt tunel ë d¶i sãng centimet.... 126 4.4. Bé khuÕch ®¹i tham sè .................................................................................... 127 1. Nguyªn lÝ khuÕch ®¹i tham sè........................................................................ 128 2. Quan hÖ n¨ng l−îng trong bé khuÕch ®¹i tham sè vµ ph©n lo¹i c¸c bé K§TS. .................................................................................................................. 134 3. Bé K§TS mét khung céng h−ëng kiÓu ph¶n x¹ vµ truyÒn qua................. 139 4.5. Bé khuÕch ®¹i c¬ l−îng tö............................................................................... 141 1. TÝnh chÊt cña c¸c hÖ ph©n tö......................................................................... 141 2. Nguyªn lÝ khuÕch ®¹i c¬ l−îng tö .................................................................. 144 Ch−¬ng 5 TuyÕn trung tÇn vµ ©m tÇn ................................................. 148 5.1. Bé biÕn tÇn........................................................................................................ 148 1. C¸c tham sè c¬ b¶n vµ yªu cÇu ®èi víi biÕn tÇn .......................................... 149 2. C¸c yªu cÇu c¬ b¶n cña bé dao ®éng ngo¹i sai ............................................ 153 5.2. TuyÕn khuÕch ®¹i tÇn sè trung gian .............................................................. 153 4
1. Bé khuÕch ®¹i nhiÒu tÇng, cã c¸c tÇng dïng m¹ch dao ®éng ®¬n, ®iÒu chØnh céng h−ëng ë mét tÇn sè..................................................................................... 155 2. Bé khuÕch ®¹i nhiÒu tÇng, c¸c tÇng dïng m¹ch céng h−ëng ®¬n, lÖch céng h−ëng tõng ®«i mét............................................................................................. 160 3. Bé khuÕch ®¹i nhiÒu tÇng mçi tÇng cã phô t¶i lµ bé läc hai m¹ch céng h−ëng ................................................................................................................... 166 5.3. X¸c ®Þnh d¹ng s¬ ®å vµ tÝnh to¸n bé khuÕch ®¹i trung tÇn....................... 171 1. Chän s¬ ®å ....................................................................................................... 171 2. Chän tÇn sè trung gian cña m¸y thu............................................................. 172 3. M¸y thu biÕn tÇn hai lÇn ................................................................................ 175 4. Thø tù tÝnh to¸n bé khuÕch ®¹i nhiÒu tÇng .................................................. 176 5.4. tuyÕn ©m tÇn cña m¸y thu.............................................................................. 178 1. X¸c ®Þnh d¹ng vµ c¸c tham sè c¬ b¶n cña bé t¸ch sãng: ............................ 178 5.5 Ph©n phèi ®é chän läc vµ hÖ sè khuÕch ®¹i gi÷a c¸c tuyÕn cña m¸y thu ... 183 Ch−¬ng 6 §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ sè................................................. 189 6.1. §iÒu chÕ sè........................................................................................................ 189 1. Kho¸ dÞch biªn : (ASK) .................................................................................. 189 2. §iÒu chÕ kho¸ dÞch tÇn (FSK)........................................................................ 192 3. §iÒu chÕ kho¸ dÞch pha (PSK)....................................................................... 195 4. §iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph−¬ng (QAM) ........................................................... 198 6.2 Gi¶i ®iÒu chÕ sè ................................................................................................. 200 1. Gi¶i ®iÒu chÕ ASK. ......................................................................................... 200 2. Gi¶i ®iÒu chÕ FSK ........................................................................................... 201 3. Gi¶i ®iÒu chÕ PSK ........................................................................................... 202 Ch−¬ng 7 TÇng khuÕch ®¹i ra vµ tiÒn khuÕch ®¹i cña m¸y ph¸t ........................................................................................................................... 204 7.1. NhiÖm vô, yªu cÇu vµ ph©n lo¹i...................................................................... 204 1. Kh¸i niÖm chung............................................................................................. 204 2. C¸c yªu cÇu vÒ chØ tiªu kü thuËt ®èi víi tÇng ra .......................................... 204 3. Ph©n lo¹i tÇng ra cña m¸y ph¸t..................................................................... 206 7.2. M¹ch Anten cña tÇng ra.................................................................................. 207 1. Nh÷ng vÊn ®Ò chung ....................................................................................... 207 2. D¹ng tæng qu¸t cña m¹ch Anten ................................................................... 208 3. ThiÕt bÞ ®èi xøng ............................................................................................. 210 7.3. S¬ ®å thùc tÕ cña tÇng ra................................................................................ 211 1. TÇng ra cã t¶i céng h−ëng.............................................................................. 211 2. §iÒu chØnh tÇng ra cã t¶i céng h−ëng . ......................................................... 212 3. S¬ ®å tÇng ra d¶i réng .................................................................................... 214 7.4. Céng c«ng suÊt cao tÇn.................................................................................... 216 1. Vai trß cña céng c«ng suÊt ............................................................................. 216 2. C¸c yªu cÇu ®èi víi thiÕt bÞ céng c«ng suÊt.................................................. 217 3. C¸c ph−¬ng ph¸p céng c«ng suÊt cao tÇn .................................................... 217 4. Ph−¬ng ph¸p céng c«ng suÊt b»ng thiÕt bÞ cÇu............................................ 219 Ch−¬ng 8 §iÒu chØnh b»ng tay vµ tù ®éng trong m¸y thu ... 221 8.1 §iÒu chØnh khuÕch ®¹i...................................................................................... 222 5
1. §Æc ®iÓm cña ®iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i................................................... 222 2. Ph−¬ng ph¸p thay ®æi hç dÉn cña Transitor. .............................................. 225 3. Tù ®éng ®iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i (T§K) ............................................... 226 8.2. §iÒu chØnh d¶i th«ng ...................................................................................... 238 2. §iÒu chØnh d¶i th«ng nhê bé läc tËp trung.................................................. 242 3. §iÒu chØnh d¶i th«ng nhê bé läc th¹ch anh................................................. 243 4. §iÒu chØnh d¶i th«ng b»ng c¸ch thay thÕ bé läc hay tuyÕn khuÕch ®¹i trung gian....................................................................................................................... 247 5. §iÒu chØnh tuyÕn d¶i th«ng tÇn thÊp............................................................ 247 8.3. Tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè.............................................................................. 249 1. C«ng dông vµ ph©n lo¹i ................................................................................ 249 2. Nh÷ng ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña c¸c phÇn tö ®iÒu chØnh .................................. 252 3. Ph©n tÝch chÕ ®é c«ng t¸c tuyÕn tÝnh cña hÖ thèng T§T theo tÇn sè......... 255 4. C«ng t¸c cña hÖ thèng T§T theo tÇn sè trong chÕ ®é thiÕt lËp khi lÖch céng h−ëng lín. D¶i gi÷ vµ d¶i b¾t............................................................................. 260 8.4. Tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè theo pha (T§F) ................................................... 265 1. Bé t¸ch sãng pha ............................................................................................. 265 2. Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña hÖ thèng T§F ....................................................... 267 3. Tr¹ng th¸i x¸c lËp cña hÖ thèng T§F ........................................................... 269 4. D¶i ®ång bé cña hÖ thèng T§F...................................................................... 270 5. Vai trß vµ ¶nh h−ëng cña bé läc tÇn thÊp trong hÖ T§F. ........................... 271 Tµi liÖu tham kh¶o.......................................................................................... 275 6
Lêi nãi ®Çu Cuèn s¸ch nµy lµ phÇn thø hai cña gi¸o tr×nh m«n häc “Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö” cho chuyªn ngµnh th«ng tin, t¸c chiÕn ®iÖn tö. Nã lµ tµi liÖu tham kh¶o cho c¸c chuyªn ngµnh ®µo t¹o kh¸c cña Khoa V« tuyÕn ®iÖn tö - Häc viÖn kü thuËt qu©n sù. Néi dung c¸c ch−¬ng nh»m phôc vô cho gi¶ng d¹y c¸c m«n kü thuËt chuyªn ngµnh ®−îc thuËn lîi, lµm tµi liÖu gióp cho c¸c häc viªn khi lµm ®å ¸n tèt nghiÖp, vµ lµm tµi liÖu tham kh¶o cã Ých cho c¸c c¸n bé khi khai th¸c, thiÕt kÕ thiÕt bÞ thu - ph¸t. Tham gia biªn so¹n lµ c¸c gi¶ng viªn nhãm Kü ThuËt M¹ch: Ths. NguyÔn Duy Chuyªn phô tr¸ch c¸c ch−¬ng 1, 4, 5, 6, 8. PGS – TS. Tr−¬ng V¨n CËp phô tr¸ch ch−¬ng 7. TS. TrÇn H÷u Vþ phô tr¸ch ch−¬ng 2. TS. NguyÔn Huy Hoµng phô tr¸ch ch−¬ng 3. Trong thêi gian biªn so¹n, chóng t«i ®· nhËn ®−îc sù ®ãng gãp cña nhiÒu ®ång nghiÖp - Chóng t«i xin c¶m ¬n sù ®ãng gãp. Trong lÇn xuÊt b¶n ®Çu, ch¾c ch¾n sÏ cã nhiÒu sai xãt vµ h¹n chÕ. Chóng t«I mong tiÕp tôc nhËn ®−îc sù ®ãng gãp cña c¸c ®ång chÝ ®Ó hoµn thiÖn cho lÇn t¸I b¶n sau. Nhãm t¸c gi¶ 7
8
Ch−¬ng 1 s¬ ®å khèi tæng qu¸t, chØ tiªu kü thuËt chñ yÕu cña c¸c thiÕt bÞ thu ph¸t ThiÕt bÞ thu ph¸t lµ phÇn quan träng, kh«ng thÓ thiÕu trong c¸c thiÕt bÞ viÔn th«ng. CÊu tróc cña hÖ thèng thu ph¸t phô thuéc rÊt nhiÒu vµo c«ng dông cña chóng. Trong c¸c hÖ thèng ph¸t thanh, ph¸t h×nh mét hÖ thèng ph¸t cã thÓ lµm viÖc víi hµng chôc v¹n, hµng triÖu m¸y thu. Trong c¸c hÖ thèng th«ng tin cã thÓ mét m¸y ph¸t chØ lµm viÖc víi mét m¸y thu. Víi c¸c hÖ thèng thu ph¸t ®Æt trªn c¸c ph−¬ng tiÖn bay (m¸y bay, vÖ tinh) th× cÊu tróc cña nã l¹i phô thuéc vµo yªu cÇu gi¶m nhá kÝch th−íc vµ träng l−îng. Ngµy nay, do sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ ®iÖn tö, nh÷ng yªu cÇu nh− n©ng cao sè l−îng, chÊt l−îng tin tøc cÇn truyÒn, yªu cÇu ®¶m b¶o th«ng tin æn ®Þnh vµ kh«ng t×m kiÕm ®· ®−îc gi¶i quyÕt vµ cÊu tróc cña c¸c thiÕt bÞ thu ph¸t rÊt phøc t¹p. Tuy vËy nh÷ng nguyªn t¾c c¬ b¶n cña chóng còng kh«ng thay ®æi. Trong ch−¬ng nµy sÏ ph©n tÝch c¸c chøc n¨ng, chØ tiªu chÊt l−îng c¬ b¶n cña c¸c thiÕt bÞ thu ph¸t vµ ph©n thÝch s¬ ®å m¸y thu ph¸t ®iÓn h×nh 1.1. s¬ ®å Chøc n¨ng, chØ tiªu chÊt l−îng cña m¸y ph¸t 1. S¬ ®å chøc n¨ng vµ c¸c phÇn c¬ b¶n cña m¸y ph¸t S¬ ®å vµ cÊu tróc cña thiÕt bÞ ph¸t phô thuéc vµo c¸c yÕu tè kh¸c nhau: c«ng dông, d¶i tÇn c«ng t¸c, c«ng suÊt; cÊu tróc cña thiÕt bÞ ph¸t ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c chøc n¨ng c¬ b¶n cña chóng: - T¹o dao ®éng cao tÇn víi c«ng suÊt vµ tÇn sè yªu cÇu. - §iÒu chÕ dao ®éng cao tÇn b»ng c¸c tin tøc cÇn truyÒn. - Suy gi¶m c¸c hµi vµ dao ®éng phô mµ tÇn sè cña chóng n»m ngoµi d¶i tÇn bøc x¹ cÇn thiÕt vµ cã thÓ g©y nhiÔu cho c¸c ®µi kh¸c. - Bøc x¹ dao ®éng qua anten. S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña thiÕt bÞ ph¸t cã cÊu tróc nh− sau: (h×nh 1 - 1) 9
M¹ch t¹o dao ®éng æn ®Þnh th−êng lµ m¹ch dao ®éng th¹ch anh vµ cã thÓ gäi lµ m¹ch dao ®éng chuÈn ®Ó nhËn ®−îc dao ®éng tÇn sè cao, mµ tÇn sè cña nã ®¶m b¶o yªu cÇu cao vÒ ®é chÝnh x¸c vµ æn ®Þnh cña tÇn sè m¸y ph¸t. H×nh 1 - 1: S¬ ®å khèi thiÕt bÞ ph¸t. - Bé tæng hîp tÇn sè t¹o m¹ng tÇn sè cÇn thiÕt cho m¸y ph¸t tõ tÇn sè cña c¸c m¹ch dao ®éng chuÈn. HiÖn nay ®a sè c¸c bé tæ hîp tÇn sè cña m¸y ph¸t nãi riªng hay thiÕt bÞ th«ng tin nãi chung ®Òu sö dông s¬ ®å cã vßng gi÷ pha (PLL) kÐp. Víi c¸c bé tæng hîp tÇn sè hiÖn nay cã thÓ t¹o m¹ng tÇn sè c«ng t¸c theo ý muèn víi ®é æn ®Þnh rÊt cao. - Sau bé tæng hîp tÇn sè lµ bé khuÕch ®¹i trung gian cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®ñ lín. Nhê vËy, c¸c bé t¹o dao ®éng chuÈn, bé tæ hîp tÇn sè kh«ng cÇn c«ng suÊt lín. §iÒu nµy ®¶m b¶o cho c¸c bé t¹o dao ®éng chuÈn vµ tæng hîp tÇn sè ®¹t ®−îc yªu cÇu cao vÒ ®é æn ®Þnh tÇn sè vµ c¸c yªu cÇu kh¸c. - Bé khuÕch ®¹i trung gian cßn cã chøc n¨ng ng¨n c¸ch ¶nh h−ëng c¸c tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÒu chØnh trong tÇng ra tíi c¸c m¹ch tæng hîp tÇn sè, t¹o tÇn sè chuÈn. C¸c bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt dao ®éng cao tÇn cã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt ®ñ lín ®Ó c«ng suÊt ra ®¹t ®Õn møc x¸c ®Þnh theo yªu cÇu cña hÖ thèng viÔn th«ng. 10
M¹ch ra dïng ®Ó truyÒn dao ®éng cao tÇn ®· ®−îc khuÕch ®¹i ra anten, läc dao ®éng cao tÇn vµ phèi hîp m¹ch ra cña tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt víi anten, nghÜa lµ ®¶m b¶o truyÒn c«ng suÊt tÝn hiÖu ra anten víi hiÖu suÊt cao nhÊt. Bé ®iÒu chÕ dïng ®Ó ®iÒu chÕ dao ®éng cao tÇn m¸y ph¸t b»ng c¸c tÝn hiÖu tin tøc cÇn truyÒn 2. C¸c chØ tiªu kü thËt cña m¸y ph¸t : * C¸c chØ tiªu kü thËt cña c¬ b¶n m¸y ph¸t : - D¶i tÇn c«ng t¸c vµ ®é æn ®Þnh tÇn sè c«ng t¸c - C«ng suÊt ra, hiÖu xuÊt - D¹ng vµ sè l−îng tÝn hiÖu cÇn truyÒn - ChÊt l−îng ®iÒu chÕ tin tøc D¶i tÇn c«ng t¸c cña m¸y ph¸t (hay hÖ thèng viÔn th«ng) phô thuéc vµo môc ®Ých sö dông cña chóng. D¶i tÇn c«ng t¸c sÏ quyÕt ®Þnh hÖ thèng céng h−ëng, d¹ng dông cô sö dông trong tuyÕn tÇn sè cao cña m¸y ph¸t, m¸y thu. C¸c thiÕt bÞ thu ph¸t cã thÓ lµm viÖc trªn mét vµi tÇn sè cè ®Þnh hay trong mét d¶i tÇn. C¸c m¸y ph¸t thanh, ph¸t h×nh th−êng lµm viÖc trªn mét vµi tÇn sè (kªnh). C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng lµm viÖc trong mét d¶i tÇn phï hîp. Cßn c¸c hÖ thèng th«ng tin th−êng c¨n cø vµo yªu cÇu sö dông sÏ lµm viÖc trong c¸c d¶i tÇn sè kh¸c nhau. HiÖn nay cã nh÷ng thiÕt bÞ th«ng tin d¶i tÇn lµm viÖc tõ vµi chôc KHz ®Õn vµi GHz. f max Víi m¸y ph¸t cã hÖ sè bao tÇn réng ( k d = ), ng−êi ta chia d¶i tÇn c«ng f min t¸c thµnh c¸c b¨ng tÇn. ViÖc ph©n chia nµy ®−îc dùa trªn nguyªn t¾c ®¶m b¶o kh¶ n¨ng thùc hiÖn cña phÇn tö ®iÒu chØnh tÇn sè vµ gi÷ chØ tiªu chÊt l−îng ®ång ®Òu trong d¶i tÇn nãi chung vµ b¨ng tÇn nãi riªng. Trong hÖ thèng th«ng tin hiÖn nay, ®é æn ®Þnh tÇn sè cao lµ mét yªu cÇu rÊt quan träng ®Ó ®¶m b¶o th«ng tin kh«ng t×m kiÕm vµ ®iÒu chØnh trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. §ång thêi chØ tiªu nµy còng quyÕt ®Þnh ®Õn sè l−îng ®−êng th«ng tin vµ chÊt l−îng truyÒn tin trong tõng ®−êng. 11
Nh− chóng ta ®· biÕt, tÇn sè cña dao ®éng tù do trong m¹ch dao ®éng phô thuéc vµo ®iÖn c¶m, ®iÖn dung vµ møc ®é nhá h¬n vµo tiªu hao cña m¹ch céng h−ëng. Ba tham sè nµy kh«ng chØ do b¶n th©n m¹ch dao ®éng t¹o nªn mµ cßn ph¶i tÝnh ®Õn c¸c ¶nh h−ëng cña c¸c phÇn tö m¹ch ngoµi ¶nh h−ëng tíi. NhiÖt ®é vµ c¸c tham sè kh¸c (®é Èm, ¸p suÊt) cña m«i tr−êng xung quanh ¶nh h−ëng ®Õn gi¸ trÞ ®iÖn c¶m, ®iÖn dung vµ dÉn ®Õn thay ®æi tÇn sè riªng cña m¹ch dao ®éng. Sù thay ®æi ®iÖn ¸p nguån cung cÊp cho c¸c phÇn tö tÝch cùc còng lµm thay ®æi ®iÖn dung gi÷a c¸c cùc, ®iÖn dung gi÷a c¸c mÆt ghÐp, hay nãi tæng qu¸t lµ c¸c trë kh¸ng cña dông cô ®iÖn tö ®−îc sö dông trong m¹ch. TÊt c¶c c¸c nguyªn nh©n dÉn ®Õn ¶nh h−ëng ®Õn gi¶m ®é æn ®Þnh tÇn sè cña bé dao ®éng chuÈn cÇn ph¶i ®−îc kh¾c phôc vµ lo¹i trõ. §Ó t¹o tÇn sè æn ®Þnh cao, trong b¶n th©n m¹ch dao ®éng ng−êi ta sö dông c¸c linh kiÖn cã chÊt l−îng cao, dïng tÇng ®Öm c¸ch ly bé dao ®éng chuÈn víi c¸c tÇng kh¸c, ®iÖn ¸p cung cÊp còng ®−îc æn ®Þnh. B¶n th©n m¹ch dao ®éng vµ toµn thiÕt bÞ ®−îc b¶o «n vµ chèng rung xãc. Víi c¸c yªu cÇu n©ng cao ®é æn ®Þnh sè ng−êi ta dïng th¹ch anh lµm hÖ thèng céng h−ëng vµ cïng víi viÖc t¹o m¹ng tÇn sè, ng−êi ta sö dông c¸c hÖ thèng m¹ch vßng gi÷ pha (PLL) trong c¸c bé tæ hîp tÇn sè. HiÖn nay ®ã lµ gi¶i ph¸p duy nhÊt ®Ó ®¶m b¶o ®é æn ®Þnh tÇn sè c«ng t¸c cao trong d¶i tÇn c«ng t¸c réng. §é æn ®Þnh tÇn sè th−êng ®−îc ®¸nh gi¸ theo sai sè t−¬ng ®èi gi÷a tÇn sè thùc tÕ vµ tÇn sè danh ®Þnh. f − f dd ∆f = f dd f dd C¸c thiÕt bÞ hiÖn nay cã thÓ ®¶m b¶o gi¸ trÞ sai sè nhá h¬n 10-5. Còng cã thÓ ®¸nh gi¸ theo gi¸ trÞ sai sè tuyÖt ®èi tÇn sè trong kho¶ng thêi gian qui ®Þnh nµo ®ã. VÝ dô sau khi më m¸y 30 phót sai sè lµ 100 Hz; sau 2 giê lµ 150 Hz. C«ng suÊt cña m¸y ph¸t th−êng x¸c ®Þnh lµ c«ng suÊt dao ®éng cao tÇn cùc ®¹i ®−a tíi anten khi kh«ng ®iÒu chÕ, bøc x¹ liªn tôc. Trong nh÷ng tr−êng hîp riªng (ph¸t tÝn hiÖu xung, trong c¸c hÖ thèng th«ng tin cã sù thay ®æi biªn ®é cao tÇn) ng−êi ta cã thÓ ®−a ra kh¸i niÖm c«ng suÊt trung b×nh, c«ng suÊt ®Ønh. Khi ®¸nh gi¸ chØ tiªu c«ng suÊt ra cña m¸y ph¸t, bao giê ng−êi ta còng tÝnh hiÖu xuÊt. 12
HiÖu xuÊt cña m¸y ph¸t ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : Pra η= (%) Po Trong ®ã : (Pra ) c«ng suÊt ra cña tÝn hiÖu cao tÇn m¸y ph¸t (P0 ) c«ng suÊt tiªu thô cña toµn bé m¸y ph¸t Víi c¸c m¸y ph¸t ®Æt trªn c¸c ph−¬ng tiÖn mang v¸c, di ®éng vµ khi c«ng suÊt ra lín cÇn ph¶i t¨ng hiÖu xuÊt. §iÒu nµy sÏ lµm t¨ng thêi gian lµm viÖc cña nguån cung cÊp, còng nh− tÝnh kinh tÕ khi thiÕt kÕ c¸c m¸y ph¸t cã c«ng suÊt lín. Mét trong c¸c chØ tiªu cÇn ®−îc chó ý lµ møc ®iÖn ¸p tÇn sè phô. §Ó kh«ng g©y nhiÔu c¸c ®µi kh¸c, t¨ng hiÖu xuÊt (tËp trung c«ng suÊt vµo tÇn sè cÇn ph¸t), møc ®é suy gi¶m c¸c tÇn sè phô cµng cao cµng tèt. ViÖc suy gi¶m nµy ®−îc thùc hiÖn nhê hÖ thèng läc ë tÇng ra m¸y ph¸t. §Ó tin tøc cÇn truyÒn kh«ng bÞ mÐo, viÖc ®iÒu chÕ tÝn hiÖu trong c¸c bé ®iÒu chÕ vµ truyÒn tÝn hiÖu ®· ®iÒu chÕ qua c¸c tÇng cña m¸y ph¸t kh«ng ®−îc lµm mÐo d¹ng tin tøc ban ®Çu. §¸nh gi¸ ®é mÐo tin, theo hÖ sè mÐo ®· biÕt. Ngoµi nh÷ng chØ tiªu c¬ b¶n trªn, ng−êi ta cßn yªu cÇu d¶i nhiÖt ®é, ¸p suÊt c«ng t¸c, yªu cÇu kÝch th−íc, ®é chèng Èm vµ chèng rung xãc. Khi thiÕt kÕ ®iÖn vµ thiÕt kÕ kÕt cÊu ta ph¶i gi¶i quyÕt c¸c ph−¬ng ¸n tèt nhÊt theo c¸c yªu cÇu trªn. 1.2. s¬ ®å Chøc n¨ng, chØ tiªu chÊt l−îng cña m¸y thu 1. S¬ ®å chøc n¨ng vµ c¸c phÇn c¬ b¶n cña m¸y thu. M¸y thu cÇn ph¶i bao gåm c¸c kh©u ®Ó thùc hiÖn c¸c qu¸ tr×nh sau: - T¸ch tõ tÊt c¶ tËp hîp dao ®éng ®iÖn nhËn ®−îc trªn anten thu do c¸c tr−êng ®iÖn tõ bªn ngoµi kh«ng gian c¶m øng vµo, lÊy ra tÝn hiÖu cÇn thu tõ m¸y ph¸t (nguån ph¸t) tÝn hiÖu cÇn nhËn truyÒn tíi. - KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu cao tÇn - Gi¶i ®iÒu chÕ (t¸ch sãng), nghÜa lµ biÕn ®æi ®iÖn ¸p cao tÇn ®−îc ®iÒu chÕ bëi tin tøc thµnh ®iÖn ¸p thay ®æi theo quy luËt ®iÒu chÕ. - KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu sau t¸ch sãng . 13
HiÖn nay, s¬ ®å khèi cña m¸y thu theo nguyªn t¸c biÕn tÇn (mét lÇn hoÆc hai lÇn) lµ phæ biÕn vµ khi ph©n tÝch s¬ ®å m¸y thu, chóng ta dùa trªn s¬ ®å nµy (h×nh 1 - 2). M¹ch vµo ghÐp anten víi m¸y thu vµ s¬ bé t¸ch tÝn hiÖu cã tÇn sè cÇn nhËn. ThiÕt bÞ vµo gåm c¸c hÖ thèng m¹ch dao ®éng céng h−ëng ®iÒu chØnh ë tÇn sè cÇn nhËn ( f th ) hoÆc bé läc d¶i tÇn x¸c ®Þnh. H×nh1 - 2 S¬ ®å khèi m¸y thu ®æi tÇn Bé khuÕch ®¹i cao tÇn dïng ®Ó khuÕch ®¹i tÝn hiÖu trong d¶i tÇn c«ng t¸c cña m¸y thu. C¸c bé khuÕch ®¹i cao tÇn ®a sè lµ c¸c bé khuÕch ®¹i céng h−ëng hoÆc bé khuÕch ®¹i d¶i. Nhê hÖ thèng céng h−ëng ®−îc sö dông trong c¸c bé khuÕch ®¹i cao tÇn vµ trong m¹ch vµo ®¶m b¶o cho m¸y thu thùc hiÖn ®−îc nhiÖm vô suy gi¶m c¸c lo¹i nhiÔu ngoµi d¶i tÇn sè tÝn hiÖu, ®Æc biÖt lµ nhiÔu cã tÇn sè ¶nh vµ tÇn sè trung gian. TÝn hiÖu cã Ých nhËn ®−îc sau khi ®−îc khuÕch ®¹i b»ng bé khuÕch ®¹i cao tÇn ®−a tíi bé trén tÇn. §ång thêi ®−a tíi bé trén tÇn cã dao ®éng ngo¹i sai víi tÇn sè f ns . Trong bé trén tÇn ta sö dông c¸c phÇn tö kh«ng ®−êng th¼ng hoÆc tham sè ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô trén hai ®iÖn ¸p cã tÇn sè kh¸c nhau : tÝn hiÖu ( f th ) vµ ngo¹i sai ( f ns ). ë ®Çu ra bé trén tÇn ta ®−îc dßng ®iÖn cã tÇn sè tæ hîp. f nm = mf th ± nf ns 14
NÕu ta sö dông c¸c bé läc cã tÇn sè céng h−ëng ë mét trong c¸c tÇn sè nµy ta sÏ thu ®−îc ®iÖn ¸p tÇn sè kh¸c víi tÇn sè tÝn hiÖu, gäi lµ tÇn sè trung gian. Sau bé trén tÇn lµ c¸c tÇng khuÕch ®¹i tÇn sè trung gian. Trong c¸c m¸y thu hiÖn ®¹i, th−êng sö dông hai lÇn trén tÇn. TÇn sè trung gian thø nhÊt (sau bé trén tÇn thø nhÊt) cã thÓ thay ®æi trong d¶i tÇn (khi ®ã tÇn sè ngo¹i sai thø nhÊt cè ®Þnh), cßn tÇn sè trung gian thø hai cè ®Þnh (tÇn sè ngo¹i sai thø hai thay ®æi trong mét d¶i tÇn). −u ®iÓm cña viÖc sö dông s¬ ®å m¸y thu ®æi tÇn vµ tÇn sè trung gian cè ®Þnh: - Ph©n phèi ®é khuÕch ®¹i cña m¸y thu trªn nhiÒu tÇn sè c«ng t¸c. §iÒu nµy ®¶m b¶o cho m¸y thu cã ®é æn ®Þnh cao vµ hÖ sè khuÕch ®¹i lín. - TÇn sè trung gian (cã thÓ lµ tÇn sè trung gian thø hai) thÊp vµ cè ®Þnh. Khi ®ã ta cã thÓ sö dông hÖ thèng m¹ch chän läc phøc t¹p ®Ó ®¶m b¶o ®é chän läc cao vµ ®Æc tuyÕn chän läc theo yªu cÇu. §ång thêi bé KTG lµm nhiÖm vô khuÕch ®¹i tÝn hiÖu tÇn sè cao chñ yÕu trong m¸y thu. Sau t¸ch sãng (gi¶i ®iÒu chÕ) tÝn hiÖu ®−îc bé khuÕch ®¹i tÇn thÊp (tÇn sè ®iÒu chÕ) tiÕp tôc khuÕch ®¹i ®Ó ®−a tíi thiÕt bÞ cuèi cña m¸y thu. Tuú thuéc vµo c«ng dông cña m¸y thu, thiÕt bÞ cuèi cã c¸c d¹ng kh¸c nhau: loa, m¸y truyÒn ch÷, m¸y fax, èng tia ®iÖn tö. 2. ChØ tiªu chÊt l−îng cña m¸y thu : TÝnh chÊt cña m¸y thu ®−îc ®Æc tr−ng b»ng mét lo¹t c¸c chØ tiªu vµ còng nh− m¸y ph¸t nã phô thuéc vµo c¸c c«ng dông, vµ cÊp cña m¸y thu. D−íi ®©y ta ph©n tÝch c¸c chØ tiªu chñ yÕu cña m¸y thu: - §é nh¹y: §é nh¹y cña m¸y thu ®−îc x¸c ®Þnh b»ng gi¸ trÞ nhá nhÊt cña søc ®iÖn ®éng hay c«ng suÊt cña tÝn hiÖu cÇn thu trªn anten ®Ó thiÕt bÞ cuèi m¸y thu lµm viÖc b×nh th−êng (víi ®é tin cËy vµ sai sè cho phÐp). 15
Do ®iÒu kiÖn t¸c ®éng nhiÔu ngoµi m¸y thu cã møc ®é rÊt kh¸c nhau: (tuú thuéc vµo thêi gian, vµo d¶i tÇn c«ng t¸c.), nªn khi x¸c ®Þnh ®é nh¹y m¸y thu ng−êi ta chØ x¸c ®Þnh ¶nh h−ëng do t¹p ©m néi bé g©y ra. - D¶i tÇn c«ng t¸c: D¶i tÇn c«ng t¸c cña m¸y thu còng gièng nh− cña m¸y ph¸t. Nã ®−îc x¸c ®Þnh theo d¶i tÇn sè lµm viÖc cña m¸y thu mµ c¸c chØ tiªu chÊt l−îng chØ thay ®æi trong giíi h¹n cho phÐp. §«i khi trong mét sè ®iÖn ®µi d¶i tÇn c«ng t¸c cña m¸y thu kh¸c víi d¶i tÇn c«ng t¸c cña m¸y ph¸t. Trong c¸c m¸y thu chuyªn dông, d¶i tÇn c«ng t¸c còng ®−îc ph©n thµnh c¸c b¨ng tÇn theo nh÷ng nguyªn t¾c ®Ó ®¶m b¶o chØ tiªu kü thuËt ®−îc ®ång ®Òu trong toµn bé d¶i tÇn. §é chän läc : §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng m¸y thu lµm suy gi¶m tÝn hiÖu ë tÇn sè kh¸c víi tÇn sè c«ng t¸c (tÇn sè tÝn hiÖu cÇn thu). Khã kh¨n nhÊt lµ lµm suy gi¶m c¸c nhiÔu cã tÇn sè gÇn víi tÇn sè tÝn hiÖu cÇn nhËn (nhiÔu l©n cËn). V× vËy ®Ó ®¸nh gi¸ ®é chän läc cña m¸y thu bao giê còng ®−a ra ®é chän läc tÇn sè l©n cËn. §Ó thùc hiÖn chän läc theo nhiÔu l©n cËn, ng−êi ta còng sö dông c¸c hÖ thèng chän läc phøc t¹p vµ ®¸nh gi¸ qua ®Æc tuyÕn céng h−ëng cña m¸y thu. Trong c¸c m¸y thu theo s¬ ®å biÕn tÇn (mét lÇn hoÆc nhiÒu lÇn) cßn xuÊt hiÖn c¸c lo¹i nhiÔu cã tÇn sè trïng víi c¸c tÇn sè trung gian ( f tg ) , ®−îc gäi lµ nhiÔu tÇn sè trung gian (trùc th«ng) vµ c¸c tÇn sè cã gi¸ trÞ f ¶ = f th ± f tg , c¸c lo¹i nhiÔu cã tÇn sè nµy cßn gäi lµ nhiÔu ®èi xøng (hoÆc ¶nh). V× tÇn sè cña nã ®èi xøng víi tÇn sè tÝn hiÖu qua tÇn sè ngo¹i sai. §Ó lo¹i trõ (suy gi¶m) t¸c ®éng cña c¸c lo¹i nhiÔu cã tÇn sè trïng víi tÇn sè trung gian vµ tÇn sè ¶nh, cÇn ph¶i dïng c¸c bé läc tr−íc bé trén tÇn vµ lùa chän tÇn sè trung gian cho phï hîp. Khi nghiªn cøu t¸c ®éng cña nhiÔu ®Õn ho¹t ®éng cña m¸y thu ng−êi ta ph©n hai tr−êng hîp: 16
Mét: khi ®Çu vµo t¸c ®éng tõng tÝn hiÖu riªng rÏ. Khi ®ã ®é chän läc do c¸c hÖ thèng chän läc gi¶i quyÕt. Vµ ng−êi ta ®−a ra kh¸i niÖm chän läc mét tÝn hiÖu (chän läc tuyÕn tÝnh - do c¸c hÖ thèng céng h−ëng tuyÕn tÝnh g©y ra) Hai: Trong thùc tÕ lµm viÖc cña m¸y thu, ®ång thêi cã nhiÒu tÝn hiÖu t¸c ®éng, lóc ®ã ng−êi ta dïng kh¸i niÖm ®é chän läc nhiÒu tÝn hiÖu. Do trong c¸c m¹ch cã sö dông c¸c phÇn tö kh«ng ®−êng th¼ng, nªn g©y ra hiÖn t−îng tin tøc ®iÒu chÕ tÝn hiÖu nhiÔu ®ång thêi ®iÒu chÕ c¶ tÝn hiÖu cã Ých. HiÖn t−îng nµy ng−êi ta gäi lµ ®iÒu chÕ giao thoa. §Ó gi¶m nhá t¸c dông nhiÔu giao thoa ph¶i gi¶m biªn ®é tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®iÓm lµm viÖc cho phï hîp. - ChØ tiªu chÊt l−îng tin tøc thu ®−îc gåm cã d¶i tÇn tin (víi tÝn hiÖu ©m thanh), tèc ®é truyÒn tin (cho truyÒn tin tøc ®iÖn b¸o), c¸c ®Æc tr−ng tÝn hiÖu ¶nh vµ ®é mÐo cña c¸c lo¹i tÝn hiÖu ®ã. Tuú thuéc vµo thiÕt bÞ cuèi, sÏ yªu cÇu chØ tiªu ®Çu ra kh¸c nhau (®iÖn ¸p, c«ng suÊt ). §é mÐo tÝn hiÖu ë ®Çu ra m¸y thu th−êng ®−îc ®¸nh gi¸ theo hÖ sè mÐo kh«ng ®−êng th¼ng. - Trong thùc tÕ khi thu, c−êng ®é cña tÝn hiÖu thay ®æi trong ph¹m vi rÊt réng, cã thÓ ®¹t ®Õn hµng triÖu lÇn. §Ó gi÷ cho møc tÝn hiÖu ®Çu ra kh«ng thay ®æi qu¸ giíi h¹n cho phÐp, trong m¸y thu ng−êi ta sö dông c¸c m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh hÖ sè khuÕch ®¹i (T§K). Ngoµi c¸c chØ tiªu trªn, trong m¸y thu còng nh− m¸y ph¸t cÇn yªu cÇu nguån ®iÖn (nguån mét chiÒu, xoay chiÒu): dßng ®iÖn khi thu, khi ph¸t; giíi h¹n cho phÐp thay ®æi tÇn sè nguån ®iÖn. Víi c¸c m¸y thu chuyªn dông ng−êi ta cßn cã nh÷ng yªu cÇu riªng, phï hîp víi môc ®Ých sö dông. 17
Ch−¬ng 2 T¹p ©m 2.1 Kh¸i niÖm vÒ t¹p ©m Trong khi ho¹t ®éng c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö th−êng bÞ c¸c t¸c ®éng cña c¸c tÝn hiÖu kh¸c ngoµi tÝn hiÖu cã Ých. Nh÷ng tÝn hiÖu kh¸c Êy ta gäi lµ tÝn hiÖu nhiÔu (hay ®¬n gi¶n gäi lµ nhiÔu). C¸c tÝn hiÖu nhiÔu cã thÓ cã nhiÒu nguån gèc kh¸c nhau nh−ng ng−êi ta th−êng chia ra lµm 2 lo¹i: NhiÔu bªn ngoµi vµ nhiÔu bªn trong. NhiÔu bªn ngoµi lµ c¸c lo¹i tÝn hiÖu kh«ng cã Ých tõ bªn ngoµi thiÕt bÞ ®iÖn tö ®ang sö dông t¸c ®éng lªn nã. NhiÔu bªn ngoµi cã nhiÒu nguån gèc kh¸c nhau, chóng cã thÓ lµ c¸c bøc x¹ ®iÖn tõ trong khÝ quyÓn hoÆc tõ ngoµi vò trô ®−a ®Õn. Còng cã thÓ lµ c¸c bøc x¹ ®iÖn tõ do ho¹t ®éng ®iÖn c«ng nghiÖp sinh ra. ThËm chÝ chóng cã thÓ lµ bøc x¹ tÝn hiÖu cã Ých cña c¸c thiÕt bÞ ph¸t v« tuyÕn g©y nªn mét c¸ch v« t×nh hay h÷u ý. NhiÔu bªn trong lµ do nh÷ng x¸o ®éng nhiÖt ®iÖn sinh ra ë trong b¶n th©n thiÕt bÞ cña chóng ta ®ang lµm viÖc. C¸c x¸o ®éng nhiÖt ®iÖn ®ã lµ do sù chuyÓn ®éng cña c¸c h¹t mang ®iÖn ngay trong b¶n th©n thiÕt bÞ ®iÖn tö sinh ra, nh− trong ®Ìn ®iÖn tö, b¸n dÉn, d©y dÉn, ®iÖn trë... C¸c h¹t nµy trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é b×nh th−êng, ®Òu chuyÓn ®éng mét c¸ch hçn lo¹n theo quy luËt ngÉu nhiªn. Sù chuyÓn ®éng hçn lo¹n ®ã sinh ra c¸c dßng ®iÖn dao ®éng mµ ta gäi lµ t¹p ©m. ViÖc t¹p ©m cã nguån gèc ngay trong thiÕt bÞ khi thiÕt bÞ lµm viÖc, nªn nã kh«ng thÓ tr¸nh khái, mµ chØ cã kh¾c phôc dï Ýt hoÆc nhiÒu mµ th«i. B¶n chÊt t¹p ©m lµ c¸c xung dßng ®iÖn cùc ng¾n do c¸c h¹t mang ®iÖn chuyÓn ®éng trong vËt thÓ sinh ra, nªn phæ cña nã rÊt réng vµ cã thÓ coi lµ ph©n bè ®ång ®Òu trong d¶i tÇn tÝn hiÖu v« tuyÕn. T¹p ©m lµm ¶nh h−ëng ®Õn sù ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ ®iÖn tö kh«ng kÐm g× nhiÔu bªn ngoµi. Do ®ã ta cÇn nghiªn cøu nã ®Ó t×m c¸ch kh¾c phôc. 18
2.2 C¸c ®Æc tr−ng thèng kª cña t¹p ©m B¶n chÊt t¹p ©m lµ nh÷ng x¸o ®éng dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p sinh ra trong bÊt kú vËt dÉn ®iÖn nµo, do sù chuyÓn ®éng nhiÖt hçn lo¹n cña c¸c ®iÖn tö tù do trong vËt dÉn Êy. §å thÞ ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn t¹p ©m (trong to¸n häc ta gäi lµ nh÷ng hiÖn thùc cña hµm ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn t¹p ©m) víi cïng nh÷ng kho¶ng thêi gian b»ng nhau lµ biÓu hiÖn sè hoµn toµn kh¸c nhau. Bëi vËy khi biÕt mét sè lín c¸c hiÖn thùc, ta còng kh«ng thÓ biÓu diÔn chÝnh x¸c ®−îc mét hiÖn thùc sau ®ã. Chóng l¹i rÊt hiÕm gi¸ trÞ cùc ®¹i, cßn gi¸ trÞ trung b×nh cña chóng th−êng b»ng kh«ng. Cho nªn chØ cã thÓ ®¸nh gi¸ c¸c ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¹p ©m b»ng c¸c ®Æc tr−ng thèng kª. §Ó ®¬n gi¶n, ta gi¶ thiÕt t¹p ©m cã gi¸ trÞ tøc thêi cña dßng ®iÖn ®iÖn ¸p tu©n theo quy luËt ph©n bè chuÈn. §iÒu nµy vÒ lý thuyÕt còng nh− thùc nghiÖm lµ hoµn toµn cã thÓ chÊp nhËn ®−îc. C¸c ®Æc tr−ng thèng kª cña t¹p ©m gåm cã: 1. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¹p ©m U ta : T 1 U ta = lim ∫ uta (t ) dt T →∞ T 0 Trong ®ã: uta(t) lµ gi¸ trÞ tøc thêi cña ®iÖn ¸p t¹p ©m; T lµ kho¶ng thêi gian quan s¸t hiÖn thùc uta(t) - (h×nh 2 -1) U ta ( t ) + + + − t − − T H×nh 2 - 1 19
Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¹p ©m cã ý nghÜa vËt lý lµ thµnh phÇn mét chiÒu cña ®iÖn ¸p t¹p ©m. Nã cã thÓ ®o ®−îc b»ng v«n kÕ tõ ®iÖn. Khi ph©n bè chuÈn th× U ta = 0 ý nghÜa h×nh häc cña nã lµ tæng ®¹i sè cña c¸c diÖn tÝch g¹ch säc trªn trôc hoµnh víi diÖn tÝch d−íi trôc hoµnh. 2. MËt ®é ph©n bè x¸c suÊt P(u ta ) : V× ph©n bè chuÈn nªn: uta2 − 1 2U ta2 P (uta ) = e 2π ⋅ U ta 2 (2.1) Trong ®ã: uta lµ gi¸ trÞ tøc thêi cña ®iÖn ¸p t¹p ©m U ta lµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p t¹p ©m. VÒ vËt lý, nã nãi lªn kh¶ n¨ng (hoÆc x¸c suÊt) suÊt hiÖn mét gi¸ trÞ biªn ®é uta nµo ®ã cña ®iÖn ¸p t¹p ©m. 3. Gi¸ trÞ trung b×nh cña b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p t¹p ©m U ta2 : Gi¶ thiÕt t¹p ©m lµ mét qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn chuÈn, dõng vµ cã tÝnh chÊt Eg«®ich, th× gi¸ trÞ trung b×nh b×nh ph−¬ng cña ®iÖn ¸p t¹p ©m. T 1 U = lim ∫ uta2 (t ).dt 2 ta (2.2) T →∞ T 0 ý nghÜa vËt lý cña gi¸ trÞ trung b×nh cña b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p t¹p ©m lµ c«ng suÊt trung b×nh toµn phÇn cña t¹p ©m to¶ ra trªn ®iÖn trë 1 ®¬n vÞ (1Ω) . Nã cã thÓ ®o b»ng dông cô ®o c«ng suÊt nhiÖt. 2 VÒ h×nh häc, U ta chÝnh lµ tæng diÖn tÝch g¹ch säc trong thêi gian T chia cho chÝnh thêi gian ®ã (h×nh 2 - 2). 20
uta ( t ) t U2 t H×nh 2- 2 4. Ph−¬ng sai cña ®iÖn ¸p t¹p ©m D(u ta ) : 2 ⎛ - ⎞ D ( u ta ) = ⎜ u ta - U ta ⎟ (2.3) ⎝ ⎠ ý nghÜa vËt lý cña D(u) lµ c«ng suÊt trung b×nh cña t¹p ©m to¶ ra trªn ®iÖn trë mét ®¬n vÞ nÕu kh«ng kÓ ®Õn thµnh phÇn mét chiÒu. 5. Hµm tù t−¬ng quan cña ®iÖn ¸p t¹p ©m: ¥ R(t1 ,t2 ) = ∫ u1 .u2 .P(u1 u2 ).du1 .du2 (2.4) -¥ Nã nãi lªn sù t−¬ng quan cña ®iÖn ¸p t¹p ©m gi÷a hai thêi ®iÓm kh¸c nhau t1 ,t 2 . Do tÝnh chÊt dõng nªn R(t1,t2) chØ phô thuéc τ = t2 − t1 mµ kh«ng phô thuéc vµo gi¸ trÞ cô thÓ cña t1, t2 . Do tÝnh chÊt eg«dich nªn ta l¹i cã thÓ thay phÐp lÊy trung b×nh thèng kª cña tËp hîp b»ng phÐp lÊy trung b×nh theo thêi gian dµi. T Khi ®ã: R (t1 , t2 ) = R (τ ) = Tlim →∞ ∫ u (t ).u (t + τ ).dt 0 (2.5) Gi¸ trÞ R(τ) ph¶i ®o b»ng t−¬ng quan kÕ. 21