Khảo sát tín hiệu điều chế dùng Matlab

Chia sẻ: Nguyễn Thị Giỏi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

464
lượt xem 251
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thực chất phổ các dao động hai biên không đồng đều nhau mà càng xa thì biên độ càng giảm doc đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởng không phải là hình chữ nhật lý tưởng.Trong tín hiệu điều biên, các biên tần chức tin tức, còn tải tin không mang tin tức. Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còn công suất biên tần là công suất hữu ích

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khảo sát tín hiệu điều chế dùng Matlab

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HCM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑEÀ TAØI: KHAÛO SAÙT TÍN HIEÄU ÑIEÀU CHEÁ DUØNG MATLAB Giaùo vieân höôùng daãn: NGUYEÃN THANH HAÛI Sinh vieân thöïc hieän NGUYEÃN NHÖ CÖÔØNG Lôùp : 95 KÑÑ TP. HOÀ CHÍ MINH 3 - 2000
CHÖÔNG 1 ÑIEÀU BIEÂN (AM: Amplitude modulation) I. Phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân: Ñieàu bieân laø quaù trình laøm cho bieân ñoä taûi tin bieán ñoåi theo tin töùc. Giaû thieát tin töùc laø tín hieäu aâm taàn coù phaïm vi bieán ñoåi taàn soá töø Ωmin÷Ωmax, ta coù: VΩ = VΩ.cosΩt (1.1) Taûi tin laø dao ñoäng cao taàn: Vωo = V0.cosω0t (1.2) Töø (1-1) vaø (1-2) ta ñöôïc tín hieäu ñieàu bieân coù daïng: VAM (t ) = (V0 + VΩ cos Ωt )cos ω0 t ⎛ V ⎞ = V0 ⎜1 + Ω cos Ωt ⎟ cos ω0 t ⎜ ⎟ ⎝ V0 ⎠ = V0 (1 + m cos Ωt )cos ω0 t (1.3) VΩ Trong ñoù: m = laø heä soá ñieàu cheá hay coøn goïi laø ñoä saâu ñieàu cheá. Heä soá V0 ñieàu cheá “m” phaûi thoûa maõn ñieàu kieän m ≤ 1. Neáu m > 1 thì maïch coù hieän töôïng ñieàu cheá vaø tín hieäu meùo traàm troïng (hình 1-1). Trong thöïc teá mmax = 0,7 ÷ 0,8 ñeå ñaûm baûo thu tín hieäu khoâng bò meùo. Ta xaùc ñònh “m” trong thöïc teá baèng caùch ño caùc giaù trò Vmax, Vmin vaø aùp duïng coâng thöùc: Vmax − Vmin V V − Vmin m= Ω = 2 = max Vmax + Vmin Vmax + Vmin (1.4) V0 2
Khi m = 1 ta coù Vmax = 2V0 vaø Vmin = 0. Bieán ñoåi löôïng giaùc coâng thöùc (1.3) ta coù: mV0 mV0 VAM = V0 cos ω0 t + cos(ω0 + Ω )t + cos(ω0 − Ω)t (1.5) 2 2 V0 VΩ t t 0 0 VAM 3 2 1 t m1 t 2 0 - 2 - 4 - 6 0 5 1 0 1 5 2 0 Hình 1.1 Daïng tín hieäu VΩ, V0 vaø tín hieäu ñieàu bieân VAM
Nhö vaäy khi ñieàu VAM V0 cheá ñôn aâm phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân AM coù ba mV0 thaønh phaàn: Taûi tin coù taàn soá ω0 vaø coù bieân ñoä V0; hai 2 ω dao ñoäng bieân coù taàn soá ω0 mV0 0 ω0 - Ω ω0 ω0 + Ω ± Ω vaø coù bieân ñoä 2 nhö hình 1-2,a. Khi m=1 VΩ V thì VAM = 0 2 Neáu ta ñieàu cheá ω moät daõi aâm taàn (Ωmin÷Ωmax) vaøo taûi tin, ta 0 Ωmin Ωmax seõ coù phoå cuûa tín hieäu AM nhö hình 1-2,c. Ta thaáy ngoaøi taûi tin ω0 coù bieân ñoä V0 coøn coù hai bieân taàn: bieân taàn ω treân coù taàn soá töø (ω0 - ω0 0 ω0 - Ωmax Ωmin) ñeán (ω0 + Ωmax) vaø ω + Ωmax ω0 - Ωmin ω0 + Ωmin 0 bieân taàn döôùi coù taàn soá töø Hình 1-2 Phoå cuûa rín hieäu AM (ω0 - Ωmax) ñeán (ω0 + Ωmin) ñoái xöùng qua taûi tin. Thöïc chaát phoå cuûa caùc dao ñoäng hai bieân khoâng ñoàng ñieàu nhau maø caøng xa ω0 thì bieân ñoä caøng giaûm do ñaëc tuyeán loïc cuûa boä coäng höôûng khoâng phaûi laø hình chöõ nhaät lyù töôûng. II. Quan heä naêng löôïng trong ñieàu bieân: Trong tín hieäu ñaõ ñieàu bieân, caùc bieân taàn chöùa tin töùc, coøn taûi tin khoâng mang tin töùc. Nhö vaäy coâng suaát taûi tin laø coâng suaát tieâu hao voâ ích, coøn coâng suaát bieân taàn laø coâng suaát höõu ích. • Coâng suaát taûi tin laø coâng suaát bình quaân trong moät chu kyø taûi tin: V20 Pωo = (1.6) 2RL
• Coâng suaát bieân taàn: 2 ⎛ mV0 ⎞ 1 m2 Pbt (ω0 + Ω ) = Pbt (ω0 − Ω ) =⎜ ⎟ = Pω0 (1.7 ) ⎝ 2 ⎠ 2R L 2 m2 Pbt = Pbt (ω0 + Ω ) + Pbt (ω0 − Ω ) = Pω0 (1.8) 2 Pω0 Khi ñieàu cheá saâu (100%): m = 1 thì Pbt = (1.9) 2 • Töø (1.3) ta coù: VAmmax = V0(1+m) V02 (1 + m ) 2 = Pω0 (1 + m ) 2 Do ñoù: PAM max = (1.10) 2R L Khi m = 1 thì PAMmax = 4Pωo (1.11) Vaäy coâng suaát trung bình trong moät chu kyø ñieàu cheá: m ⎛ m2 ⎞ PAM = Pω0 + Pbt = Pω0 + Pω0 = Pω0 ⎜1 + ⎜ ⎟ (1.12 ) 2 ⎝ 2 ⎟ ⎠ Neáu m = 1 thì PAM = 3/2 Pωo (1.13) ⇒ Pbt = 1/3 PAM (1.14) • Heä soá lôïi duïng coâng suaát: Pω0 m 2 Pbt 1 k= = 2 = 2 (1.15) PAM ⎛ m ⎞ 2 Pω0 ⎜1 + ⎟ ⎜ 2 ⎟ m +1 2 ⎝ ⎠ 1 Khi ñieàu cheá saâu nhaát m = 1 thì k = coù nghóa laø coâng suaát höõu ích chæ 3 baèng moät phaàn ba toång coâng suaát phaùt ñi.
1 Trong thöïc teá ñeå tín hieäu khoâng meùo m = 0,7 ÷ 0,8 thì k < . Ñaây chính laø 3 nhöôïc ñieåm cuûa tín hieäu AM so vôùi tín hieäu ñieàu bieân (SSB). III. Caùc chæ tieâu cô baûn cuûa dao ñoäng ñaõ ñieàu bieân: 1. Heä soá meùo phi tuyeán: I(2ω0 ± 2ωΩ ) + I(2ω0 ± 3ωΩ ) + .... Trong ñoù: k = I ( ω 0 ± ωΩ ) I(ωt ± nωs) (n ≥ 2) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn doøng ñieän öùng vôùi haøi baäc cao cuûa tín hieäu ñieàu cheá; I(ωt ± ωs) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn bieân taàn. I0 A Ñeå ñaëc tröng cho meùo phi tuyeán trong maïch ñieàu khieån, ngöôøi ta duøng ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh (hình 1.3). Ñaëc B tuyeán ñieàu cheá tónh cho bieát quan heä UΩ giöõa bieân ñoä tín hieäu ra vaø giaù trò töùc thôøi cuûa tín hieäu ñieàu cheá ôû ñaàu vaøo. C Daïng toång quaùt cuûa ñaëc tuyeán Hình 1-3: Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh. ñieàu cheá tónh ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1- A–Giaù trò cöïc ñaïi; B–Taûi tin chöa ñieàu cheá 3. Ñöôøng ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh lyù töôûng laø moät ñöôøng thaúng töø C ñeán A. Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh khoâng thaúng seõ laøm cho löôïng bieán ñoåi cuûa bieân ñoä dao ñoäng cao taàn ñaàu ra so vôùi giaù trò ban ñaàu (ñieåm B) khoâng tyû leä ñöôøng thaúng vôùi trò töùc thôøi cuûa ñieän aùp ñieàu cheá. Do ñoù treân ñaàu ra thieát bò ñieàu bieân, ngoaøi caùc thaønh phaàn höõu ích (caùc bieân taàn), coøn coù caùc thaønh phaàn baäc cao khoâng mong muoán khaùc. Trong ñoù ñaùng löu yù nhaát laø thaønh phaàn cuûa taàn soá ωt ± 2ωs coù theå loït vaøo caùc bieân taàn maø khoâng theå loïc ñöôïc. Ñeå giaûm meùo phi tuyeán, caàn haïn cheá phaïm vi laøm vieäc cuûa boä ñieàu cheá trong ñoaïn ñöôøng thaúng cuûa ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh. Luùc ñoù buoäc phaûi giaûm ñoä saâu ñieàu cheá.
2. Heä soá meùo taàn soá: Ñeå ñaùnh giaù ñoä meùo taàn soá, ngöôì ta caên cöù vaøo ñaëc tuyeán bieân ñoä – taàn soá: M = f(Fs)⏐Us = const Heä soá meùo taàn soá ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc: M= m0 Hoaëc M = 20logM (1.17) dB m Trong ñoù: m0 – heä soá ñieàu cheá lôùn nhaát; m – heä soá ñieàu cheá taïi taàn soá ñang xeùt; Meùo taàn soá xuaát hieän chuû yeáu trong caùc taàng khuyeách ñaïi aâm taàn (khuyeách ñaïi tín hieäu ñieàu cheá), nhöng cuõng coù theå xuaát hieän trong caùc taàng ñieàu cheá vaø sau ñieàu cheá, khi maïch loïc ñaàu ra cuûa caùc taàng naøy khoâng ñaûm baûo baêng thoâng cho phoå cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu bieân(2Fmax) IV. Phöông phaùp tính toaùn maïch ñieàu bieân: Caùc maïch ñieàu bieân ñöôïc xaây döïng döïa vaøo hai nguyeân taéc sau ñaây: - Duøng phaàn töû phi tuyeán : coäng taûi tin vaø tín hieäu ñieàu cheá treân ñaëc tuyeán cuûa phaàn töû phi tuyeán ñoù. - Duøng phaàn töû phi tuyeán coù tham soá ñieàu khieån ñöôïc: nhaân taûi tin vaø phi tín hieäu ñieàu cheá nhôø phaàn töû phi tuyeán ñoù. 1. Ñieàu bieân duøng phaàn töû phi tuyeán: Caùc phaàn töû phi tuyeán ñöôïc duøng ñeå ñieàu bieân coù theå laø ñeøn ñieän töû, baùn daãn, caùc ñeøn coù khí, cuoän caûm coù loõi saét hoaëc ñieän trôû coù trò soá bieán ñoåi theo ñieän aùp ñaët vaøo.
Tuøy thuoäc vaøo ñieåm laøm vieäc ñöôïc choïn treân ñaëc tuyeán phi tuyeán, haøm soá ñaëc tröng cho phaàn töû phi tuyeán, coù theå bieåu dieãn gaàn ñuùng theo chuoãi Taylor khi cheá ñoä laøm vieäc cuûa maïch laø cheá ñoä A(θ = 1800) hoaëc phaân tích theo chuoãi Fourier khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä maø goùc caét θ < 1800 (cheá ñoä lôùp AB, B, C). phöông phaùp tính toaùn cho hai tröôøng hôïp ñoù nhö sau: a). Tröôøng hôïp 1: θ = 1800 . Giaû thieát maïch ñieàu bieân duøng Diode (hình 1-5). Neáu caùc tín hieäu vaøo thoûa maõn ñieàu kieän ⏐V0⏐ + ⏐VΩ⏐ < ⏐E⏐ (2.18) thì maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A (θ = 1800) Haøm soá ñaët tröng cho phaàn töû phi tuyeán (diode) xung quanh ñieåm laøm vieäc ñöôïc bieåu dieãn theo chuoãi Taylor: iD = a1uD + a2uD2 + a3uD3 +… (1.18) vôùi uD = ED + U0cos0t + UΩcosΩt Thay uD vaøo bieåu thöùc (1.18), nhaän ñöôïc: ID = a1(E + U0 cosω0t + UΩcosωΩt) + a2(E + U0 cosω0t + UΩcosωΩt)2 + + a3(E + U0 cosω0t + UΩcosωΩt)3 +… (1.19) Khai trieån (1.18) vaø boû qua caùc soá haïng baäc cao n ≥ 4 seõ coù keát quaû maø phoå cuûa noù ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1.6. Phoå cuûa tín hieäu ra trong tröôøng hôïp naøy goàm thaønh phaàn phoå mong muoán. Caùc thaønh phaàn phuï baèng khoâng khí. A3 = a4 = a5 = … = a2n+1 = 0 (n = 1, 2, 3,…) Nghóa laø neáu ñöôøng ñaëc tính cuûa phaàn töû phi tuyeán laø moät ñöôøng cong baäc hai thì tín hieäu ñaõ ñieàu bieân khoâng coù meùo phi tuyeán. Phaàn töû phi tuyeán coù ñaëc tính gaàn vôùi daïng lyù töôûng (baäc 2) laø FET. Ñeå thoûa maõn ñieàu kieän (1.18), taûi tin vaø tín hieäu ñieàu cheá phaûi coù bieân ñoä beù, nghóa laø phaûi haïn cheá coâng suaát ra. Vì lyù do ñoù, raát ít duøng ñieàu bieân cheá ñoä A.
i i 0 E UD 0 t D D 0 UD 1k CB 1uF ω0 10V + + E0 - t a) ωΩ b Hình 1.5 Ñieàu bieân ôû cheá ñoä A a) Maïch ñieän duøng Diode; b) Ñaët tuyeán cuûa Diode ω0 + ωΩ ω0 - ωΩ ω0 + 2ωΩ 2ω0 + ωΩ 2ω0 - ωΩ ω0 - 2ωΩ ω0 + 3ωΩ 2ω0 + 2ωΩ ωΩ 2ω0 2ω0 - 2ωΩ ω0 - 3ωΩ 2ωΩ 3ωΩ ω Hình 1.6 Phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A
b) Tröôøng hôïp 2: θ < 1800 Khi θ < 1800, neáu bieân ñoä ñieän aùp ñaët vaøo diode ñuû lôùn thì coù theå coi ñaëc tuyeán cuûa noù laø moät ñöôøng gaáp khuùc (hình 1-7). Phöông trình bieåu dieãn ñaët tuyeán cuûa diode trong tröôøng hôïp naøy nhö sau: 0 khi uD ≤ 0 ID = (1.20) SuD khi uD >0 S: hoã daãn cuûa ñaëc tuyeán diode Choïn ñieåm laøm vieäc ban ñaàu trong khu taéc cuûa diode (öùng vôùi cheá ñoä C) Vì doøng qua diode laø moät daõy xung hình sin (hình 1-7b), neân coù theå bieåu dieãn iD theo chuoãi Fourier nhö sau: ID = I0 + i1 + i2 +…+ in +…= Io + I1cosω0t + I2cos2ω0t +..+ Incosnω0t (1.21) Trong ñoù: I0: thaønh phaàn doøng ñieän moät chieàu; I1: bieân ñoä thaønh phaàn doøng ñieän cô baûn ñoái vôùi taûi tin; I2, I3,…,In: bieân ñoä thaønh phaàn doøng ñieän baäc cao (haøi baäc cao) ñoái vôùi taûi tin; I0, I1, I2,…, In ñöôïc tính toaùn theo caùc bieåu thöùc xaùc ñònh heä soá cuûa chuoãi Furier: 1 θ ⎫ I0 = ∫ i D dωt ⎪ π0 ⎪ 2 θ ⎪ I1 = ∫ i D cos ω0 tdω0 t ⎪ ⎪ π0 ⎬ (1.22) ................................... ⎪ ⎪ n θ ⎪ I n = ∫ i D cos nω0 tdω0 t ⎪ π0 ⎪ ⎭ Theo bieåu thöùc (1.20): iD = SuD = S(E + UΩcosωΩt + U0cosω0t) (1.23)
Khi ω0t = θ thì ID = 0 (hình 2-6), do ñoù ta coù: 0 = S(E + UΩcosωΩt + U0cosθ) (1.24) Laáy (2-22) tröø (2-23) ta coù : iD = SU0 (cosω0t - cosθ) (1.25) Bieåu thöùc (1.25) laø moät daïng khaùc cuûa (1.23), noù bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa iD vaøo cheá ñoä coâng taùc (goùc caét θ). Bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn I1 (thaønh phaàn höõu ích): θ 2 I1 = ∫ SU t (cos ω0 t − cos θ) cos ω0 tdω0 t π0 ⎛ ⎞ = SU t ⎜ θ − 1 sin 2θ ⎟ (1 . 26 ) π ⎝ 2 ⎠ Do ñoù trò töùc thôøi cuûa thaønh phaàn cô baûn: SU t ⎛ 1 ⎞ (1.27) i1 = ⎜ θ − sin 2θ ⎟ cos ωt t π ⎝ 2 ⎠ Ôû ñaây θ xaùc ñònh ñöôïc töø bieåu höùc (1-24) E + U Ω cos ωΩ t (1.28) cos θ = − U0
iD iD UD 0 0 UD D D 0 θ U0 1 CB 1uF UΩ(t) 10V + - E0 + t U a) b) Hình 1.6: Ñieàu bieân ôû cheá ñoä lôùp C (tín hieäu vaøo lôùn) a) Ñaëc tuyeán cuûa Diode, ñoà thò thôøi gian cuûa tín hieäu vaøo vaø tín hieäu ra. b) Maïch ñieän. 2. Ñieàu bieân duøng phaàn töû tuyeán tính coù tham soá Thay ñoåi: Thöïc chaát quaù trình ñieàu bieân naøy laø quaù trình nhaân tín hieäu. Ví duï veà maïch ñieän loaïi naøy laø ñieàu bieân duøng boä nhaân töông töï (hình 1-7). Trong maïch ñieän naøy, quan heä giöõa ñieän aùp ra udb vaø ñieän aùp vaøo u0 laø quan heä tuyeán tính. Tuy nhieân, khi uΩ bieán thieân thì ñieåm laøm vieäc chuyeån töø ñaëc tuyeán naøy sang ñaëc tuyeán khaùc laøm cho bieân ñoä tín hieäu ra thay ñoåi ñeå coù ñieàu bieân. Caên cöù vaøo tính chaát cuûa maïch nhaân, ta vieát ñöôïc bieåu thöùc cuûa ñieän aùp ra sau ñaây: Uñb = (E + UΩcosωΩt)U0cosω0t U UΩ U UΩ Hoaëc u ñb = EU 0 cos ω0 t + 0 cos(ω0 + ω Ω )t + 0 cos(ω0 − ω Ω )t (1 . 29) 2 2
Theo (1-28) phoå cuûa tín hieäu ra coù taûi tin vaø hai bieân taàn mong muoán. Uñb E UΩ UΩ 3 Uñb UΩ 2 K UΩ 1 U0 U0 a) b) Hình 1-7: Ñieàu bieân duøng maïch nhaân töông töï a) Maïch ñieän; b) Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït V. Caùc maïch ñieàu bieân cuï theå: Ñeå thöïc hieän theo nguyeân taéc thöù nhaát, coù theå duøng moïi phaàn töû phi tuyeán, nhöng neáu duøng baùn daãn, ñeøn ñieän töû thì ñoàng thôøi vôùi ñieàu bieân, coøn coù theå khuyeách ñaïi tín hieäu. Veà maïch ñieän, ngöôøi ta phaân bieät caùc loaïi maïch ñieàu bieân sau: maïch ñieàu ñôn bieân, maïch ñieàu bieân caân baèng vaø maïch ñieàu bieân voøng. 1. Maïch ñieàu bieân ñôn: Maïch ñieàu bieân ñôn laø maïch chæ duøng moät phaàn töû tích cöïc ñeå ñieàu cheá. Caùc maïch ñieän treân hình 1-5 vaø 1-6 laø caùc maïch ñieàu bieân ñôn duøng diode. Nhö ñaõ xeùt trong hai maïch ñieàu bieân, doøng ñieän ra taûi ngoaøi caùc thaønh phaàn höõu ích (caùc bieân taàn) coøn coù ñuû moïi thaønh phaàn khoâng mong muoán khaùc (taûi taàn vaø caùc haøi baäc cao). Ñoù laø ñaëc ñieåm cô baûn cuûa caùc maïch ñieàu bieân ñôn. • Ñaët tuyeán Volt-ampe cuûa diode, Transistor hay ñeøn ñieän töû chæ ñöôïc coi laø gaàn ñuùng laø thaúng khi tín hieäu vaøo ñuû lôùn. Chính vì vaäy ñoái vôùi maùy phaùt AM quaù trình ñieàu cheá thöôøng ñöôïc tieán haønh ôû ñaàu cuoái, hay tröôùc cuoái. Neáu chæ duøng Diode ta chæ thöïc hieän ñöôïc ñieàu bieân. Coøn neáu duøng Transistor, FET hay ñeøn ñieän töû ta thöïc hieän ñöôïc ñieàu bieân, laïi vöøa khuyeách ñaïi ñöôïc tín hieäu.
• Khi tín hieäu vaøo nhoû, ñaëc tuyeán Volt-ampe cuûa diode, transistor, ñeøn ñieän töû ñöôïc goïi gaàn ñuùng laø moät ñöôøng cong: i = f(V) = a0 + a1V + a2V2 + a3V3 +… (1.30) Söï bieåu dieãn caøng chính xaùc neáu ta laáy luõy thöøa caøng cao. Thöïc teá ta chæ xeùt ñaëc tuyeán ñeán baäc 3, vì caùc baäc n > 3 coù bieân ñoä raát nhoû. • Goïi V1 = Vωo vaø V2 = VΩ, cho chuùng taùc duïng vaøo phaàn töû phi tuyeán ta coù: i=f(V1+V2)=a0+a1V1+a1V2+a2V12+ a2V22+2a2V1V2+a3V13+3a3V12V2+3a3V1V22+a3V23+… (1.31) • Ñeå coù tín hieäu ñieàu bieân ôû ngoõ ra, chuùng ta caàn laáy ra: a1V1 laø thaønh phaàn taàn soá soùng mang (taûi tin): ω0 2a2V1V2 laø thaønh phaàn hai daûi bieân treân (ω0 + Ω) vaø bieân döôùi (ω0 - Ω) • Neáu ta duøng maïch loïc coù taàn soá coäng D höôûng: ωCH = ω0 Vωo 1uH 1 nhö ôû hình 1-9 vaø daûi L R thoâng coù beà roäng D = 2Ω, ta seõ loïc ñöôïc VΩo hai thaønh phaàn treân Hình 1-8 Ñieàu bieân moät veá vaø coù tín hieäu ñieàu bieân thoâng thöôøng. • Nhöng caùc soá haïng 3a3V1V22 seõ goàm hai thaønh phaàn taàn soá ω0 vaø ω0 ± 2Ω vì cos2x = ½(1 + cos2x). Do Ω
Trong hình 1-9a, ñieän aùp ñaët treân D1 vaø D2 laàn löôïc laø: u1 = UΩcosωΩt + U0cosω0t (1.32) u2 = - UΩcosωΩt + U0cosω0t Doøng ñieän qua caùc diode ñöôïc bieåu dieãn thaønh chuoãi Taylor: i1 = a0 + a1u1 + a2u12 + a3u13 +… (1.33) i2 = a0 + a1u2 + a2u22 + 3 a3u2 +… Doøng ñieän ra: i = i1-i2 (1.34) Thay (2-32), (2-33) vaøo (2-34) ta coù: i = AcosωΩt+ Bcos3ωΩt+ C[cos(ω0+ωΩ)t+ cos(ω0-ωΩ)t]+ D[cos(2ω0+ωΩ)+ cos(2ω0-ωΩ)t] (1.35) Trong ñoù: A = UΩ2a1+3a3U02+½(a3UΩ2) B = ½(a3UΩ3) 1.36 C =2a2UΩU0 D=3/2(a3UΩU0) Töông töï nhö vaäy cuõng chöùng minh keát quaû ñoù treân maïch ñieän hình 1-9b, Trong tröôøng hôïp caàn coù taûi tin ôû ñaàu ra, sau khi ñieàu cheá coù theå ñöa theâm taûi tin vaøo phoå cuûa tín hieäu ra cuûa maïch ñieàu bieân ñaõ caân baèng ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-9c.
D1 C i1 - UCC UΩ U0 UΩ Uñb + Uñb C D2 i2 b) a) U0 ω0 - ωΩ ω0 + ωΩ 2ω0 + ωΩ 2ω0 - ωΩ ωt -3ωΩ ω0 ωt +3ωΩ 2ω0 0 ωΩ 3ωΩ Hình 1.9: Maïch ñieàu bieân caân baèng. a) Duøng diode; b) Duøng Transistor; phoå tín hieäu ra; Moät daïng khaùc cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng laø maïch ñieàu cheá voøng, thöïc chaát ñaây laø hai maïch ñieàu cheá caân baèng coù chung taûi. Sô ñoà maïch ñieàu bieân bieåu dieãn treân hình 1-10. Goïi phaàn ñieän ra cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng goàm D1, D2 laø i1 vaø doøng ñieän ra cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng goàm D3, D4 laø iII . Theo 1.35: II= AcosωΩt+ Bcos3ωΩt+ C[cos(ω0+ωΩ)t+ cos(ω0-ωΩ)t]+ D[cos(2ω0+ωΩ)+ cos(2ω0-ωΩ)t] (1.37a) III = iD3- iD4 (1.37b) Trong ñoù: iD3= a0 +a1u3+a2u32+a3u33+… 1.38 iD4= a0 +a1u4+a2u42+a3u43+… Vôùi u3vaø u4 laø ñieän aùp ñaët leân D3vaø D4, ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:
u3=-U0cosω0t-UΩcosωΩt 1.39 u4=-U0cosω0t-UΩcosωΩt D CB D UΩ Uñb ω0 + ωΩ ω0 - ωΩ CB D D U0 ω 0 ω0 Hình 1.10: Maïch ñieàu bieân voøng. a) Maïch ñieän; b) Phoå tín hieäu Thay (1.38), (1.39) vaøo (1-37b) ta ñöôïc: iII=- AcosωΩt - Bcos3ωΩt+ C[cos(ω0+ωΩ)t+ cos(ω0-ωΩ)t]- D[cos(2ω0+ωΩ)+ cos(2ω0- ωΩ)t] (1.40) A, B, C, D trong caùc bieåu thöùc (1.37a), (1.40) ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc (1.36). Töø (2.37a) vaø (1.40) xaùc ñònh ñöôïc doøng ñieän ra: iñb = iI+iII= 2 C[cos(ω0+ωΩ)t+ cos(ω0-ωΩ)t] (1.41) Vaäy duøng maïch ñieàu cheá voøng coøn coù theå khöû ñöôïc caùc haøi baäc leû cuûa ωΩ vaø caùc bieân taàn cuûa 2ω0, do ñoù meùo phi tuyeán raát nhoû. Phoå tín hieäu ra cuûa maïch ñieàu cheá voøng ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-10b.
Maïch ñieàu cheá voøng cuõng coù theå coi laø t moät maïch nhaân. Nguyeân 0 taéc nhaân ñöôïc minh hoïa U0 treân hình 1-11. Giaû thieát taûi tin laø daõy xung hình chöõ nhaät. Tuøy thuoäc vaøo t söï thay ñoåi cuûa taûi tin, 0 luùc thì D1, D2 môû , luùc thì D3 vaø D4 môû, caëp diode Uñb coøn laïi ngaét laøm cho tín hieäu vaøo uΩ thay ñoåi cöïc tính theo nhòp cuûa u0. Taùc UΩ t duïng cuûa maïch ñieàu cheá 0 voøng ñuùng nhö moät maïch nhaân. Hình 1-11: Minh hoïa taùc duïng cuûa maïch ñieàu cheá voøng nhö moät maïch nhaân 3. Maïch ñieàu cheá baèng Transistor: Veà nguyeân lyù ñieàu bieân baèng Transistor cuõng goàm caùc loaïi : Trong tröôøng hôïp Tranzistor löôõng cöïc, FET, ñeøn ñieän töû ñeå ñieàu bieân, ngöôøi ta phaân bieät caùc loaïi maïch ñieàu bieân sau ñaây: ñieàu bieân base, ñieàu bieân collector, ñieàu bieân cöûa, ñieàu bieân maùng, ñieàu bieân anot, ñieàu bieân löôùi,… Caùc loaïi maïch ñieàu bieân coù teân goïi töông öùng vôùi cöïc maø ñieän aùp ñieàu cheá ñöôïc ñaët vaøo. Caùc Transistor cuõng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä keùm aùp (ξ= 0,85 ÷0,95ξth) vaø ñöôïc choïn sao cho coù theå duy trì ñoä tuyeán tính cuûa ñaëc tính ñieàu cheá. Ngöôøi ta thöôøng söû duïng vieäc taïo thieân aùp hoãn hôïp cho base ñeå duy trì ñieàu cheá tuyeán tính vaø giöõa goùc caét θ = 900. Treân hình 1-13 laø moät maïch ñieàu bieân collector bieán ñoåi theo ñieän aùp aâm taàn: V*CC =VCC + VΩcosΩt (1.42) VCC: ñieän aùp nguoàn cung caáp trong tröôøng hôïp soùng mang khoâng ñieàu cheá. VΩ:Bieân ñoä ñieän aùp aâm taàn töø boä khueách ñaïi coâng suaát aâm taàn.
C→∞ L Ra C1 C2 Lch Vωo C→∞ Tôùi boä KÑCS aâm taàn VCC VΩ Tôùi taàng tröôùc Hình 1-12: Ñieàu bieân Collector Ñoái vôùi Transistor, ñieän aùp cuûa Collector khoâng ñöôïc taêng quaù giaù trò an toaøn cöïc ñaïi duø trong thôøi gian ngaén. Bôûi vaäy caàn phaûi thoûa maõn ñieàu kieän: Vωo + VΩ < VCemax= BVCEO (1.43) Trong ñoù : - Vωo: ñieän aùp cao taàn cöïc ñaïi ôû collector khi m=1; - BVCEO: ñieän aùp ñaùnh thuûng cho pheùp cöïc ñaïi; Khaùc vôùi ñeøn ñieän töû, ñieàu bieân Collector coù coâng suaát ñaùnh giaù baèng coâng suaát ñænh: PTB = Pωo(1+m)2/ηCH (1.44) ηCH: hieäu suaát cuûa maïch coäng höôûng. • Trong tröôøng hôïp toång quaùt, ñaët tuyeán ñieàu cheá IC1(VCC) laø phi tuyeán nhö hình 2-14. Khi ñoù: • IC1 = IC1max(VCC/VCcmax)1-δ (1.45) δ : heä soá bieán thieân 0 ≤ δ ≤ 0,25
Ñaëc tuyeán ñieàu cheá Collector coù theå ñöôïc tuyeán tính hoùa nhôø ñieàu cheá phuï base. Khi ñieän aùp Collector thaáp moái noái Collector ñöôïc phaân cöïc thuaän bôûi ñieän aùp ñaàu vaøo. Do vaäy dao ñoäng cao taàn tröïc tieáp ñi qua moái noái Collector phaân cöïc thuaän. Söï thay ñoåi cuûa doøng Collector trong vuøng 0-a xuaát hieän bôûi ñieàu cheá quaù möùc khi tín hieäu lôùn. Ñeå traùnh meùo phi tuyeán gaây ra ngöôøi ta aùp duïng ñieàu cheá Collector phuï ñöôïc thöïc hieän ôû Collector cuûa taàng tröôùc ñoù. IC1 - VAM+ Vωo VR VAM VΩ 0 VCC Hình 1-14:ÑBCB Hình 1-13: Ñaëc tuyeán Transistor ñieàu cheá Collevtor Ta coù theå thöïc hieän ñieàu cheá caân baèng khoâng coù maïch loïc ñaàu ra duøng Transistor (hình 1-14). Öu ñieåm cuûa noù laø meùo phi tuyeán nhoû, bieân ñoä ñieàu bieân ôû ñaàu ra lôùn. VI. VÍ DUÏ MINH HOÏA: 1. Cho tín hieäu ñieàu bieân vôùi heä soá ñieàu cheá m=2, taàn soá ñieàu cheá Ω =10Khz. Tín hieäu taûi tin coù bieân ñoä V0=5mV vaø taàn soá ω0=1Mhz a) Vieát phöông trình tín hieäu ñieàu cheá vaø tín hieäu ñaõ ñieàu cheá. b) Veõ daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá. Giaûi: a) Ta coù: V0(t) = 0.005 cos (2π*106) t VΩ Ta laïi coù: m= ⇒ VΩ = mV0 = 2*0.005 =0.01 V0 ⇒ Tín hieäu ñieàu cheá: