Thiết kế bộ bảo mật điện thoại, chương 9

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mạch lọc là một mạch cho phép các tín hiệu có tần số trong một phạm vi cho phép qua nó trong khi làm giảm tất cả các tín hiệu có tần số khác. Mạch lọc lý tưởng là mạch lọc có độ lợi đồng nhất tại tất cả các tần số trong dãy tần thông qua nó và độ lợi bằng 0 tại tất cả các tần số bên ngoài dãy tần thông qua nó. Tuỳ thuộc vào các phần tử trong mạch mà ta chia làm hai loại mạch lọc: -Mạch lọc thụ động. -Mạch lọc tích cực....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế bộ bảo mật điện thoại, chương 9

CHÖÔNG 9 : MAÏCH LOÏC 1 Khaùi nieäm: Maïch loïc laø moät maïch cho pheùp caùc tín hieäu coù taàn soá trong moät phaïm vi cho pheùp qua noù trong khi laøm giaûm taát caû caùc tín hieäu coù taàn soá khaùc. Maïch loïc lyù töôûng laø maïch loïc coù ñoä lôïi ñoàng nhaát taïi taát caû caùc taàn soá trong daõy taàn thoâng qua noù vaø ñoä lôïi baèng 0 taïi taát caû caùc taàn soá beân ngoaøi daõy taàn thoâng qua noù. Tuøy thuoäc vaøo caùc phaàn töû trong maïch maø ta chia laøm hai loaïi maïch loïc: -Maïch loïc thuï ñoäng. -Maïch loïc tích cöïc. 2 Maïch loïc thuï ñoäng: Nhöõng phaàn töû trong maïch chæ goàm ñieän trôû (R), tuï ñieän (C) vaø ñieän caûm (L) ñöôïc goïi laø maïch loïc thuï ñoäng. 2.1 Maïch loïc taàn thaáp: Maïch loïc taàn thaáp ñôn giaûn laø moät maéc loïc RC maø tín hieäu ôû taàn soá thaáp truyeàn qua nguyeân veïn coøn ôû taàn soá cao bò suy giaûm vaø chaäm pha hôn tín hieäu vaøo: R UI C U0 H.VI.1 Maïch loïc taàn soá thaáp Haøm truyeàn cuûa maïch: U0 1 A j    U I 1  jRC
Ñaëc tính bieân ñoä vaø pha: 1 A  1   2 R 2C 2    arctg  RC Taàn soá caét : fc = 1/2RC Nhaän xeùt: - Taïi taàn soá caét fc ,coù ñoä leäch pha baèng –450, bieân ñoä ñieän aùp ra giaûm ñi –3dB. - Taïi taàn soá thaáp ffc , A =1/RC A (dB) 1 f/fc -3dB 0 1 f/fc 0 45 900 H.VI.2 Bieåu ñoà Bode veà ñaëc tính bieân ñoä-pha 2.2 Maïch loïc taàn cao: Maïch loïc taàn cao cho pheùp tín hieäu ôû taàn soá cao hoaøn toaøn truyeàn qua khoâng bò meùo daïng, coøn ôû taàn soá thaáp bò suy giaûm. Ñieän aùp ra seõ sôùm pha hôn ñieän aùp vaøo. Maïch loïc taàn soá cao ñôn giaûn: C UI R U0
H.VI.3 Maïch loïc taàn cao Haøm truyeàn cuûa maïch: U0 1 A j    U I 1 1 j  RC Ñaëc tính bieân ñoä vaø pha : 1 A  1 1  R 2C 2 2 1   arctg  RC Taàn soá caét : fc = 1/2RC Nhaän xeùt: - Taïi taàn soá caét fc, coù ñoä leäch pha baèng +450, ñoä lôïi bieân ñoä haøm truyeàn seõ giaûm baèng –3dB. - Taïi taàn soá thaáp ffc, haøm truyeàn ñaày ñuû neân bieân ñoä baèng 1. A dB 1 f/fc 0 900 450 f/fc 1
H.VI.4 Bieåu ñoà Bode veà ñaëc tính bieân ñoä-pha 3 Maïch loïc tích cöïc: Maïch loïc thuï ñoäng raát ñôn giaûn, coù heä soá truyeàn ñaït nhoû do bò toån hao bôûi RC, phuï thuoäc nhieàu vaøo taûi. Muoán haïn cheá suy giaûm thì phaûi maéc nhieàu maét loïc lieân tieáp, luùc naøy taàn soá caét cuûa maïch loïc seõ khaùc vôùi caùc taàn soá cuûa moãi maét loïc. Ñeå khaéc phuï caùc nhöôïc ñieån treân ngöôøi ta ñöa vaøo maét loïc RC ñöôøng hoài tieáp cuûa OP-AMP ñeå taêng heä soá truyeàn ñaït, taêng heä soá phaåm chaát, ñoàng thôøi giaûm aûnh höôûng cuûa taûi baèng caùch duøng taàng ñeäm ñeå phoái hôïp trôû khaùng. Maïch nhö vaäy goïi laø maïch loïc tích cöïc: Ñoä suy giaûm tuøy thuoäc vaøo thöù baäc: - Baäc 1 coù ñoä suy giaûm 20dB/D hay 6dB/O - Baäc 2 coù ñoä suy giaûm 40dB/D hay 12dB/O - Baäc 3 coù ñoä suy giaûm 60dB/D hay 18dB/O Hieän nay coù 4 daïng maïch loïc: tôùi haïn, Chebyshev, Bessel, Butterworth - Noái tieáp caùc maét loïc taàn thaáp coù cuøng taàn soá caét seõ ñöôïc maïch loïc tôùi haïn. Ñoä suy giaûm cuûa maïch loïc naøy khoâng coù ñöôïc ñoä doác vaø phuï thuoäc vaøo taûi. - Maïch loïc Bessel coù ñoä doác toát hôn maïch loïc tôùi haïn. ÔÛ taàn soá thaáp (f
- Maïch loïc Chebyshev coù ñoä doác toát hôn caû nhöng ñaëc tuyeán bieân ñoä laïi raát khoâng baèng phaúng. Khi tín hieäu vaøo coù daïng xung baäc thang thì ñaëc tính quùa ñoä dao ñoäng lôùn. Muoán vieát haøm truyeàn toång quaùt cuûa caùc maïch loïc, ta laïi baét ñaàu töø haøm truyeàn baäc thaáp RC ñôn giaûn nhö H.VI.1 U0 1 A  j    U I 1  j RC Thay j baèng bieán phöùc p =  + j ,seõ ñöôïc : 1 Ap  1  pRC Chuaån hoùa bieán phöùc p, ta ñaët: P = p/c Vôùi  = 0, ta coù: P=j/c =jf/fc Taàn soá caét cuûa boä loïc RC laø fc = 1/2RC, neân P = pRC Töø ñoù seõ ñöôïc haøm truyeàn cho maïch loïc thoâng thaáp baäc 1: 1 AP  1 P Ñeå phoái hôïp toång trôû ngoõ ra cho maïch loïc RC baèng moät vi maïch OP-AMP, thì haøm truyeàn cuûa maïch loïc tích cöïc baäc 1: A0 AP  1  a1 P Trong ñoù A0 :heä soá khueách ñaïi 1 chieàu a1 :heä soá baäc 1 Haøm truyeàn toång quaùt cho maïch loïc taàn thaáp baäc n coù daïng: A0 AP    1  ai P  bi P 2 i  Trong ñoù ai ,bI laø heä soá baäc 1, baäc 2 cuûa P ñaëc tröng cho moãi maïch loïc i laø soá maét loïc Baûng 1 Loaïi boä loïc Baäc (n) Soá (i) aI bI fci /fc QI
Suy giaûm tôùi 1 1 1,0 0 1,0 haïn 2 1 1,2872 0,4142 1,0 0,5 3 1 0,5089 0 1,961 2 1,0197 0,2599 1,262 0,5 4 1 0,8700 0,1892 1,480 0,5 2 0,8700 0,1892 1,480 0,5 Bessel 1 1 1,0 0 1,0 2 1 1,3617 0,6180 1,0 0,58 3 1 0,7560 0 1,323 2 0,9996 0,4772 1,414 0,69 4 1 1,3397 0,4889 0,978 0,52 2 0,7743 0,3890 1,797 0,81 Butterworth 1 1 1,0 0 1,0 2 1 1,4142 1,0 1,0 0,71 3 1 1,0 0 1,0 2 1,0 1,0 1,272 1,0 4 1 1,8478 1,0 0,719 0,54 2 0,7654 1,0 1,390 1,31 Suy 1 1 1,0 0 1,0 giaûm 2 1 1,3022 1,5515 1,0 0,98 1dB 3 1 2,2156 0 0,451 2 0,5442 1,2057 1,353 2,02 4 1 2,5904 4,1301 0,540 0,78 Chebys 2 0,3039 1,1697 1,417 3,56 hev Suy 1 1 1,0 0 1,0 giaûm 2 1 1,0650 1,9305 1,0 1,3 3dB 3 1 3,3496 0 0,299 2 0,3559 1,1923 1,396 3,07 4 1 2,1853 5,5339 0,557 1,08 2 0,1964 1,2009 1,410 5,58 Töø coâng thöùc toång quaùt cuûa maïch loïc taàn thaáp seõ bieán thaønh coâng thöùc cuûa maïch loïc taàn cao neáu ta laáy ñoái xöùng göông ñaëc tính bieân ñoä – taàn soá cuûa haøm truyeàn qua taàn soá caét baèng caùch laáy nghòch ñaûo P = 1/P. Coâng thöùc coù daïng: A Ap   a b   1  i  i2  i  P P 
Ñeå phuø hôïp vôùi coâng thöùc naøy, chæ caàn ñoåi choã caùc linh kieän R cho C vaø C cho R, thì maïch loïc taàn thaáp seõ bieán thaønh maïch loïc taàn cao. 3.1 Maïch loïc taàn thaáp baäc 1: Haøm truyeàn : A0 AP  1  a1P Xeùt maïch loïc taàn thaáp nhö hình sau: R VI  +  V0 C - Maïch khueách ñaïi laäp coù A0 = 1 1 AP  1   c RCP a1= cRC Taát caû caùc maïch loïc baäc 1 coù a1=1 cRC =1 RC =1/2fc Caùc maét loïc thöôøng cho tröôùc taàn soá caét fc Choïn C tính giaù trò R 3.2 Maïch loïc taàn thaáp baäc 2: Maïch loïc taàn thaáp baäc 1 coù ñoä suy giaûm 20dB/D vaø ñoä dòch pha giöõa ñieän aùp ra vôùi ñieän aùp vaøo laø 450. Maïch loïc taàn thaáp baäc 2 coù ñoä suy giaûm vaø dòch pha gaáp ñoâi, nghiaõ laø giaûm 40dB/D vaø dòch pha 900. Haøm truyeàn: A0 AP  1  ai P  bi P 2
Xeùt maïch : C2 R1 R2 VI   +  V0 - C1 Haøm truyeàn cuûa maïch : A0 Ap  1   c C1 R1  R2 P   c2 R1 R2 C1C 2 P 2 1 Ap  1   c C1 R1  R2 P   c2 R1 R2 C1C 2 P 2 Maïch khueách ñaïi laëp A0 =1 Choïn tröôùc caùc tuï C1 vaø C2 seõ tính ñöôïc : C 2 4b1  C1 a12 Ñeå ñaûm baûo cho R1 vaø R2 coù gía trò thöïc, caàn thoûa maõn ñieàu kieän a i C 2  a12 C 2  4b1C1C 2 2 R1  R2  4f c C1C 2 Khoâng neân choïn C2/C1 quùa lôùn so vôùi gía trò veá beân phaûi. Ñeå cho vieäc tính toaùn ñôn giaûn thöôøng choïn R1=R2=R vaø C1=C2=C 3.3 Maïch loïc baäc cao: Neáu muoán taêng ñoä doác suy giaûm treân 40dB/D thì phaûi duøng maïch loïc töø baäc 3 trôû leân, baèng caùch ñaáu noái tieáp maïch loïc baäc 1 vaø baäc 2, nhöng khoâng theå maéc maïch tuøy yù.
Veà nguyeân taéc, ñaëc tính taàn soá cuûa maïch loïc hoãn hôïp khoâng phuï thuoäc thöù töï maét loïc. Nhöng trong thöïc teá laïi coù 2 yeâu caàu sau ñaây: - Maïch loïc coù taàn soá caét laàn löôït taêng seõ giaûm nhoû xaùc suaát quùa taûi. Maïch loïc coù taàn soá caét giaûm daàn seõ giaûm nhoû taïp aâm ôû taàng tröôùc gaây neân.