Đang tải... (xem toàn văn)
Truyền thông (Communication) là tất cả sự trao đổI, vận chuyển thông tin bằng hình thức này hoặc hính thức khác. Ví dụ: Bạn đang đọc tài liệu này, tờ báo đã đọc sáng nay, chuyến tàu chở bạn đi t
29 Chơng Máy thu 3.1 Định nghĩa v đặc điểm máy thu 3.1.1 Định nghĩa Máy thu l thiết bị đầu cuối hệ thống thông tin vô tuyến điện Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận v lặp lại tin tức chứa tín hiệu chuyển từ máy phát dới dạng sóng điện từ trờng Máy thu phải loại bỏ đợc loại nhiễu không mong muốn, khuếch đại tín hiệu v sau giải điều chế để nhận đợc thông tin ban đầu Máy thu cã rÊt nhiỊu tham sè, nh−ng chóng ta chđ yếu xét tiêu kỹ thuật máy thu nh sau: 3.1.2 Đặc điểm máy thu 3.1.2.1 Độ nhạy Biểu thị khả thu tín hiệu yếu máy thu, đợc xác định sức điện động cảm ứng tối thiểu, công suất tối thiểu tín hiệu anten để bảo đảm cho máy thu lm việc bình thờng, nghĩa l: + Đối với máy thu tơng tự phải bảo đảm tỉ số tín hiệu nhiễu (S/N) yêu cầu đầu vo máy thu + Đối với máy thu số phải bảo đảm đạt đợc tỉ lệ lỗi bit BER cho tr−íc, øng víi mét tèc ®é bÝt nhÊt định Độ nhạy thờng đợc đo microvolt, microwatt, picowatt Muốn nâng cao độ nhạy máy thu hệ số khuếch đại phải lớn v mức tạp âm nội phải thấp (giảm tạp âm tầng đầu) tần số cao (f>30MHz) độ nhạy máy thu thờng đợc xác định công suất sức điện động cảm ứng anten 3.1.2.2 Độ chọn lọc l khả chèn ép dạng nhiễu l tín hiệu cần thu Nghĩa l độ chọn lọc l khả lựa chọn tín hiệu khỏi loại nhiễu tồn đầu vo máy thu Độ chọn lọc đợc ký hiÖu: Se = A0 ≥1 Af 30 + Ao: lμ hệ số khuếch đại tần số f0 + Af: l hệ số khuếch đại tần số f Độ chọn lọc thờng đợc tính đơn vị dB SedB = 20 log Se Đặc tuyến chọn lọc lý tởng máy thu có dạng chữ nhật, nghĩa l dải thông B biên độ tín hiệu không đổi 3.1.2.3 Chất lợng lặp lại tin tức Đợc đánh giá ®é mÐo cđa tÝn hiƯu (mÐo phi tun, mÐo tÇn sè, mÐo pha), chđ u lμ xÐt ®é mÐo ë tầng khuếch đại công suất âm tần tín hiệu loa không bị biến dạng so với tín hiệu đa tới điều chế máy phát Ngoi ta phải xét đến tiêu khác máy thu nh công suất ra, dải tần số công tác, tính ổn định biên độ v tần số Các máy thu đợc phân loại tơng tự nh máy phát 3.2 Sơ đồ khối tổng quát máy thu 3.2.1 Máy thu khuếch đại trực tiếp Từ anten Lọc băng thông Kh Đại Cao Tần Giải điều chế KĐCS Âm tần Thiết bị cuối Hình 3.2 Sơ đồ khối đơn giản máy thu khuếch đại trực tiếp Việc nâng cao độ nhạy v độ chọn lọc máy thu ny bị hạn chế lý sau đây: + Số tầng khuếch đại tăng lên cách tuỳ ý số tầng cng tăng tính ổn định khuếch đại cao tần cng giảm (tụ ký sinh Cbc gây dao động tự kích) Ngoi ra, số tầng cng tăng số mạch cộng hởng tăng lm hệ thống điều chỉnh cộng hởng phức tạp, cồng kềnh v đắt tiền + Tần số cao khó đạt đợc hệ số khuếch đại lớn + Tần số cng cao dải thông cng rộng (B=fo/Q), lm giảm độ chọn lọc máy thu Muốn dải thông hẹp phải dùng mạch cộng hởng có hệ số phẩm chất cao, có vợt khả chế tạo + Do không dùng đợc hệ thống cộng hởng phức tạp nên khả đạt đặc tuyến tần số có dạng chữ nhật lý tởng 31 Để khắc phục nhợc điểm trên, ngời ta chế tạo máy thu đổi tần có sơ đồ khối nh sau: 3.2.2 Máy thu đổi tần Máy thu đổi tần đợc biểu diễn nh hình 3.3 Tín hiệu cao tần ®· ®−ỵc ®iỊu chÕ (AM, FM, PM) nhËn ®−ỵc tõ anten, qua mạch vo (bộ lọc băng thông) để lọc lấy kênh tín hiệu muốn thu v hạn chế nhiễu, qua khuếch đại cao tần RF đợc đa vo đổi tần để biến thnh tín hiệu trung tần, với qui luật điều chế không đổi Tần số trung tần đợc giữ không đổi Mạch vo KĐ CT Khối đổi kênh Trộn tần KĐTT Tách sóng KĐCS âm tần Thiết bị cuối Dđộng nội Hình 3.3 Sơ đồ khối tổng quát máy thu đổi tần Thực chất đổi tần l thực phép nhân tần số Nó bao gồm dao động nội tạo tần số cao tần hình sine v trộn tần Bộ trộn lμ mét phÇn tư phi tun hay mét phÇn tư tuyến tính có tham số thay đổi tuần hon Quá trình trộn tần tạo tổ hợp tần số khác nhau, m, n cng lớn biên ®é tÝn hiÖu cμng nhá, thùc tÕ ta chØ sư dơng tÝn hiƯu t−¬ng øng víi m, n nhá ( m=n=1), tách chúng mạch cộng hởng So với máy thu khuếch đại trực tiếp máy thu đổi tần có u điểm sau đây: + Có khả lựa chọn kênh thu tuỳ ý cách thay đổi tần số dao động nội + Tần số tín hiệu đợc hạ thấp thnh tần số trung tần nên dùng nhiều mạch khuếch đại trung tần để đạt hệ số khuếch đại ton máy cao, m bảo đảm tính ổn định cho máy thu Số tầng trung gian không bị hạn chế (8-10) + Do trung tần không đổi nên mạch cộng hởng có kết cấu đơn giản, gọn, giá thnh rẽ v không bị hạn chế máy thu Nó thờng l mạch cộng hởng đôi để tăng hệ số phẩm chất v tăng dải thông 32 + Do tần số trung tần không đổi nên sử dụng hệ thống cộng hởng phức tạp (nh lọc tập trung) để đạt đợc đặc tuyến tần số lý tởng 3.3 Sơ đồ khối tổng quát máy thu đổi tần AM Để giữ cho biên độ điện áp gần nh không đổi dới tác dụng tợng pha đinh v nhiều nguyên nhân khác nhau, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại AGC Khi máy thu AM yêu cầu chất lợng cao, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh tần số AFC AGC Mạch vo KĐCT Khối đổi kênh Trộn tần KĐTT TSóng AM KĐCS âm tần Thiết bị cuối Dđộng nội Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quát máy thu đổi tần AM 3.4 Sơ đồ khối tổng quát máy thu đơn biên SSB Máy thu đơn biên khác với máy thu khác chỗ có nhiều đổi tần ®Ĩ ®−a phỉ cđa tÝn hiƯu tÇn sè cao vỊ miỊn tÇn sè thÊp Nã gåm cã khèi chÝnh sau đây: + Khối tuyến tính bao gồm: mạch vo (MV), khuếch đại cao tần (KĐCT1), đổi tần (ĐT1), khuếch đại trung gian (KTG1), v đổi tần (ĐT2) Trong khối ny, tín hiệu đợc đổi tần lần nhờ trộn với tín hiệu dao động từ dao động1 v + Khối tách sóng bao gồm: Lọc thông dải (LTD), khuếch đại trung gian (KTG2), đổi tần (ĐT3) v tách sóng biên độ (TSBĐ) + Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AVC) bao gồm: mạch lọc dải hẹp (LDH), khuếch đại trung gian (KTG3) vμ AVC + Khèi tù ®éng ®iỊu chỉnh tần số (AFC) bao gồm: Dao động (DĐ4), đổi tần (ĐT4), đổi tần (ĐT5), hạn chế biên độ (HCBĐ), tách sóng tần số (TSTS), v điều khiển (ĐK) 33 + Khối khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT) *Hoạt động mạch: Tín hiệu cao tần từ anten vo mạch vo, đợc khuếch đại nhờ mạch KĐCT, qua đổi tần để đổi xuống tần số trung gian nhờ phối hợp với dao động 1, đợc khuếch đại nhờ khuếch đại trung gian 1, qua đổi tần v đến mạch lọc thông dải hạn chÕ nhiƠu vμ läc lÊy tÝn hiƯu h÷u Ých Sau tín hiệu đợc nâng biên độ nhờ khuếch đại trung gian v đợc đa vo đổi tần để trộn với tín hiệu hình sine từ dao động 3, có tần số sóng mang phụ fm=38KHz Tín hiệu đợc đa vo tách sóng biên độ (đơn giản gồm Điode v R,C) để tạo lại tín hiệu âm tần Sau đó, tín hiệu âm tần để đa vo tầng khuếch đại âm tần để đa loa Khối KĐCSÂT Khối tách sóng M V K § CT § T K T G1 § T2 LT D K T G2 § T3 f1 Khối tuyến tính TS B Đ K Đ Â T fm=38KHz D § VDK D § L D H Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại K T G3 A VC D § fp f4 Đ K Khối tự động điều chỉnh tần số AFC D § § T fp- f4 TS TS H CB § fp –f4- fm § T fm Hình 3.5 Sơ đồ khối tổng quát máy thu đơn biên Đối với máy phát có phát phần tần số sóng mang phụ 38KHz máy thu có thêm phận khôi phục tần số sóng mang phụ v mạch tự động điều chỉnh tần số 34 AFC Khi đó, tín hiệu trung tần điểm A đồng thời đợc đa vo lọc dải hẹp, lọc lấy tần số sóng báo fp=38KHz, khuếch đại nhờ KTG3, ®−a vμo bé ®ỉi tÇn ®Ĩ trén víi tÇn số ổn định f4 từ dao động (dao động thạch anh) Tín hiệu hiệu fp-f4 lại đợc đa vo đổi tần để trộn với tần số sãng mang phơ fm (tõ bé dao ®éng 3) ë đầu ta nhận đợc tín hiệu (fp-f4-fm) Tín hiệu ny qua hạn chế biên độ, vo tách sóng tần số, đa đến điều khiển hệ thống tự động điều chỉnh tần số f1 Điện áp ®Çu cđa bé ®iỊu khiĨn V®k=0 fp=fm Khi fp fm Vđk 0, điều khiển cho f1 thay đổi cho nhận đợc fp=fm 3.5 Sơ đồ khối tổng quát máy thu đổi tần FM Mạch vo KĐ CT Khối đổi kênh Trộn tần KĐ TT Dao động nội AFC Tách sóng FM KĐCS âm tần Thiết bị cuối Hình 3.6 Sơ đồ khối tổng quát máy thu đổi tần FM Về giống sơ đồ khối máy thu AM, trung tần ftt=10,7 MHz v tách sóng l tách sóng tần số Để tránh tợng điều biên ký sinh gây méo tín hiệu sau tách sóng, ta đặt hạn chế biên độ trớc tách sóng tần số sử dụng tách sóng tỉ số có mạch hạn biên Đối với máy thu đổi tần FM, độ ổn định tần số yêu cầu cao nên bắt buộc phải có mạch AFC 3.6 Mạch vo máy thu 3.6.1 Đặc điểm chung Mạch vo l mạch điện nối liền anten với đầu vo máy thu Nó có đặc điểm nh sau: - truyền đạt tín hiệu từ anten vo máy thu - l phần quan trọng định chất lợng máy thu - 35 Bảo đảm hệ số truyền đạt lớn v đồng dải băng sóng Ví dụ băng sóng MW: 550KHz-1600KHz, vo=20uv vo=20àv 550KHz 1600KHz Hình 3.7 Hệ số truyền đạt đồng băng sóng MW - Độ chọn lọc tần số, tần số lân cận, tần số trung tần, tần số ảnh phải bảo đảm tiêu đề - Bảo đảm thu hết băng thông cho phát Mạch vo bao gồm thnh phần: + Hệ thống cộng hởng (đơn kép) điều chỉnh đến tần số cần thu + M¹ch ghÐp víi ngn tÝn hiƯu tõ anten + M¹ch ghép với tải mạch vo (tầng khuếch đại cao tần đầu tiên) Để điều chỉnh cộng hởng mạch vo, ngời ta thờng sử dụng tụ điện có điện dung biến đổi chúng dễ chế tạo xác l cuộn dây có điện cảm biến đổi (đặc biệt trờng hợp cần đồng chỉnh nhiều mạch cộng hởng) Mặt khác, phạm vi biến đổi tụ điện lớn, bền chặt, ổn định (C biến đổi theo điều kiện bên ngoi) Một số mạch điều chỉnh liên tục điện dung Mạch vo lm việc phạm vi tần số rộng phải kết hợp hai cách điều chỉnh liên tục v nấc Băng sóng đợc chia nhiều băng nhỏ, chuyển từ băng sang băng phải điều chỉnh theo nấc, băng, ngời ta sử dụng mạch cộng hởng điều chỉnh liên tục để chọn kênh Đối với máy thu hệ ngời ta sử dụng Varicap ®Ĩ thùc hiƯn viƯc ®iỊu chØnh céng h−ëng nμy 3.6.2 Các yêu cầu mạch vo máy thu 3.6.2.1 Hệ số truyền đạt L tỉ số điện áp mạch vo điều chỉnh cộng hởng tần số no v sức điện động cảm ứng trªn anten (Ea) AMV = Vo EA AMV cμng lín hệ số khuếch đại chung ton máy cng lín 36 3.6.2.2 §é chän läc Se = Ao Af 3.6.2.3 Băng thông B 3.6.2.4 Dải tần lm việc Gọi dải tần số lm việc máy thu l: fomin-fomax Tần đoạn lm việc đợc định nghĩa nh sau: A doan = f o max f o Dải tần nói đợc chia thnh nhiều băng tần cách chia thnh nhiều cuộn dây cho băng tần, băng tần tơng ứng với cuộn dây khác Tỉ số fbmax v fbmin ứng với băng gọi l hệ số trùm băng A bang = f b max f b 3.7 NhiÔu hệ thống thông tin v máy thu Nhiễu hệ thống thông tin xuất kênh thông tin v thiết bị Nhiễu l thnh phần không mong muốn, xuất ngẫu nhiên gây nhiễu với tín hiệu hữu ích Ta loại bỏ nhiễu hon ton nhng giảm nhiễu biện pháp khác nhau, chẳng hạn giảm băng thông tín hiệu, tăng công suất máy phát sử dụng khuếch đại nhiễu thấp Có hai loại nhiễu l nhiễu bên ngoμi: xt hiƯn trªn kªnh trun vμ nhiƠu bªn trong: xuất thân thiết bị 3.7.1 Nhiễu bên ngoi Nếu môi trờng truyền dẫn l không gian có nhiều loại nhiễu nh nhiễu thiết bị, tõ khÝ qun vμ tõ kh«ng gian 3.7.1.1 NhiƠu thiÕt bị Nhiễu ny đợc tạo từ thiết bị công nghiệp v dân dụng trình khởi động lm việc Chẳng hạn, từ thiết bị đánh lửa động ô tô hay motor điện, từ máy tính loại đèn điện tử Loại nhiễu ny có phổ tần rộng nhng phân bố không ton dải Thông thờng ảnh hởng mạnh vùng dải tần thấp Tuy nhiên, phân bố xác tần số nhiễu phụ thuộc vo thân loại thiết bị gây nhiễu v phụ thuộc vo môi trờng truyền dẫn nhiễu đến thiết 37 bị khảo sát Chẳng hạn, máy tính tạo nhiễu mạnh tần số bội sè vμ −íc sè cđa tÇn sè xung clock cđa chúng, vùng tần số khác lợng nhiễu không đáng kể Nhiễu ngời tạo truyền theo không gian dây dẫn đến máy thu Thông thờng, việc giảm nhiễu nguồn phát thực dễ dng máy thu Chẳng hạn, ta cã thĨ nèi masse cho vá m¸y tÝnh vμ lớp vỏ cáp truyền dẫn, đồng thời sử dụng lọc thông thấp dọc theo đờng dây cung cấp điện để giảm nhiễu từ máy tính 3.7.1.2 Nhiễu khÝ qun NhiƠu nμy chđ u lμ sÊm sÐt bầu khí tạo Nó truyền khoảng cách lớn không gian Phổ đợc xem nh vô hạn, nhng có mật độ tỉ lệ nghịch với tần số thờng gây ảnh hởng vùng tần số nhỏ 20MHz Nhiễu ny có tỉ số công suất đỉnh công suất trung bình lớn đồng thời xuất khoảng thời gian ngắn (xung dạng Burst-loé) so với thời gian nghỉ xung nhiễu Do đó, giảm nhiễu ny nguồn phát, nhng ta thực số biện pháp để giảm chúng, ví dụ thiết kế máy thu cho nã kh«ng lμm viƯc thêi gian xt hiƯn nhiƠu Kü tht nμy gäi lμ kü tht “lμm trắng nhiễu 3.7.1.3 Nhiễu không gian Phổ lợng xạ mặt trời rộng, bao phủ vùng phổ sóng vô tuyến nên có gây nhiễu cho thiết bị thu phát, chủ yếu vùng tần số VHF v cao VHF Ngoi nhiều nguồn nhiễu khác từ vũ trụ, nhng ảnh hởng nhỏ chúng xa so với mặt trời Nhiễu mặt trời ảnh hởng chủ yếu đến vệ tinh thông tin v đặc biệt nghiêm trọng trờng hợp mặt trời, vệ tinh v trạm mặt đất nằm đờng thẳng 3.7.2 Nhiễu bên Nhiễu bên xuất thân thiết bị, thnh phần thụ động nh điện trở, cáp vμ tÝch cùc nh− diode, transistor, ®Ìn ®iƯn tư Chóng gồm nhiễu nhiệt, nhiễu bắn, nhiễu thnh phần, nhiễu nhấp nháy (1/f) v nhiễu thời gian chuyển đổi 3.7.2.1 Nhiễu nhiệt 38 Nhiễu nhiệt tạo từ chuyển động ngẫu nhiên điện tử vật dẫn nhiệt độ gây Vì xuất tất mạch điện nên có tên l nhiễu mạch Công suất nhiễu nhiệt vật dẫn không phụ thuộc vo tần số, nên đợc gọi l nhiễu trắng, v đợc biểu diễn nh sau: PN = kTB (3.1) Trong đó, PN: công suất nhiễu nhiệt [w] k: h»ng sè Boltzmann k=1,38.10-23 joules/kelvin [J/K] T: nhiÖt độ tuyệt đối [K]; T(oK)=T(oC)+273 B: Băng thông nhiễu [Hz] Ví dụ: máy thu có băng thông nhiễu 10KHz Một điện trở phối hợp với trở kháng vo máy thu đợc nối đến anten Tính công suất nhiễu gây điện trở băng thông máy thu, nhiệt độ l 270C áp dụng biểu thức (3.1) ta có công suất nhiễu gây ®iÖn trë: PN = kTB = (1,38.10 −23 J / K )(300 K )(10.10 Hz ) = 4,14.10 −17 W Tuy giá trị không lớn nhng ảnh hởng đáng kể đến độ nhạy máy thu công suất tín hiệu đến máy thu th−êng rÊt nhá NhiƠu nhiƯt cđa vËt dÉn kh«ng phơ thuộc vo vật liệu chế tạo v dòng điện chạy qua Điện áp nhiễu: Gọi V, P lần lợt l điện áp nhiễu, công suất nhiễu điện trở R Chóng liªn hƯ theo biĨu thøc: P= V2 Suy điện áp nhiễu: R VN /2 V = PR = kTBR RN RL VN /2 ≈ VN H×nh 3.8 biểu diễn điện trở RN hoạt động nh nguồn nhiễu nối tiếp với điện trở tải RL Điện áp nhiễu (3.2) 39 Hình 3.8 biểu diễn mét ngn nhiƠu VN, ®iƯn trë ngn RN vμ ®iƯn trở tải RL Do điều kiện phối hợp trở kháng nên RN= RL Vì vậy, điện áp nhiễu hai ®iƯn trë lμ b»ng vμ b»ng VN/2 Tõ biĨu thøc (3.2) ta cã: VN = PR N = PRL = kTBR L = kTBR N Do ®ã: ®iƯn ¸p nguån nhiÔu b»ng: VN = 4kTBR N = 4kTBRL Ví dụ 3: Một điện trở 300 mắc nối tiếp với trở kháng vo 300 anten Băng thông máy thu l 6MHz, v điện trở lm việc nhiệt độ phòng 200C HÃy tính công suất nhiễu v điện áp nhiễu đặt lên điện trở mắc nối tiếp với trở kháng anten Công suất nhiễu đợc tÝnh theo biÓu thøc (3.1) PN = kTB = (1,38.10 −23 J / K )(293K )(6.10 Hz ) = 24,2.10 15 W Điện áp nhiễu đợc tính theo biểu thøc (3.2) VN = 4kTBRL = 4(1,38.10 −23 J / K )(293K )(6.10 Hz)(300Ω) = 5,4.10 −6 V = 5,4V Dĩ nhiên, nửa điện áp ny xuất anten đầu vo máy thu v nửa lại đặt điện trở nguồn Vì điện áp nhiễu đặt đầu vo máy thu ,7 V 3.7.2.2 Nhiễu bắn Gây thay đổi ngẫu nhiên dòng điện thiết bị tích cực, chẳng hạn đèn điện tử, transistor diode bán dẫn Sự thay đổi ny đợc tạo dòng điện l luồng hạt mang (điện tử v lỗ trống) hữu hạn Dòng điện xem nh l chuỗi xung m chuỗi gồm hạt điện tử mang điện Nhiễu bắn đợc biĨu diƠn theo biĨu thøc nh− sau: I N = 2qI B Trong đó: IN : Dòng điện nhiễu hiệu dụng [A] q: Điện tích điện tử, 1,6.10-19 Coulomb I0: Dòng điện phân cực thiết bị [A] B: Băng thông nhiễu (3.3) 40 Ví dụ: Một máy tạo nhiễu sử dụng diode tạo 10 uV nhiễu máy thu có trở kháng vo 75 Ohm v băng thông nhiễu 200KHz (chúng l giá trị tiêu biểu máy thu FM) Tính dòng điện chạy qua diode Đầu tiên, chuyển đổi điện áp dòng nhờ ®Þnh luËt Ohm: IN = VN 10 μV = = 0,133A R 75 Tiếp đến, tính dòng phân cực chạy qua diode D dùa vμo biÓu thøc (3.3): I N2 I N = 2qI B ⇒ I = 2qI B ⇒ I = 2qB N (0,133.10 −6 A) = = 0,276 A = 276mA 2(1,6.10 −19 C )(200.10 Hz ) 3.7.2.3 NhiƠu qu¸ møc Còn gọi l nhiễu flicker hay l nhiễu 1/f công suất nhiễu tỉ lệ nghịch với tần số Đôi đợc gọi l nhiễu hồng lợng nhiễu phân bố đoạn cuối vùng tần số thấp dải phổ ánh sáng thấy đợc Nguyên nhân chủ yếu gây nhiễu mức l thay đổi mật độ hạt mang Nhiễu mức gây ảnh hởng lớn thiết bị bán dẫn vμ ®iƯn trë carbon so víi ®Ìn ®iƯn tư Tuy nhiên không ảnh hởng nghiêm trọng đến mạch thông tin giảm tần số cng cao v có tác dụng vùng tần sô bé h¬n 1KHz NhiƠu nμy lμm ngn kiĨm tra vμ cμi đặt hệ thống Audio 3.7.3.3 Tổng nhiễu từ nguồn khác Điện áp nhiễu tổng nguồn nhiễu mắc nối tiếp đợc trình by theo biểu thức (Phát xuất từ công suất nhiễu tổng tổng công suất nhiễu thnh phần v công suất tỉ lệ với bình phơng điện áp): VNt = VN21 + VN22 + VN23 + (3.4) Tơng tự, dòng điện nhiễu tổng nguồn nhiễu mắc song song đợc trình bμy theo biÓu thøc: I Nt = I N2 + I N2 + I N2 + (3.5) Ví dụ: Cho mạch điện nh hình vẽ, gồm hai điện trở mắc nối tiếp có nhiệt độ khác Tính điện áp v công suất nhiễu tổng tạo tải có băng thông 100KHz 41 R1 100 Ω 3000K RL 300 Ω 1000K R2 200 Ω 4000K Điện áp nhiễu hở mạch đợc tính theo biểu thøc (3.4) VNt = VR21 + VR22 = ( 4kT1 BR1 ) + ( 4kT2 BR2 ) = 4kB(T1 R1 + T2 R2 ) 4(1,38.10 −23 J / K )(100.10 Hz )[(300 K 100Ω) + (400 K 200)] = 779nV Từ việc phối hợp trở kháng nên ta chọn điện trở tải 300 , điện áp nhiễu đặt tải nửa điện áp nhiễu hở mạch đợc tính trên, nghĩa l 389nV Do công suất nhiễu tải: P= VL2 (390nV ) = = 0,506.10 −15 W 300 RL Tỉ số tín hiệu nhiễu: Đợc biểu diƠn theo biĨu thøc sau: S / N (dB ) = 10 lg PS PN (3.6) S / N (dB) = 20 lg VS VN (3.7) Trong ®ã, PS vμ PN, VS v VN: lần lợt l công suất v ®iƯn ¸p tÝn hiƯu vμ nhiƠu VÝ dơ: Mét m¸y thu có công suất nhiễu 200mW Công suất tăng ®Õn 5W ®−a tÝn hiÖu vμo TÝnh (S+N)/N đơn vị dB S+ N 5W = = 25 N 0,2 W Trong đơn vị dB: S+ N (dB) = 10 lg 25 = 14dB N 42 HƯ sè nhiƠu: NF (Noise Figure) viết tắt F Biểu thị thnh phần, tầng hay tầng nối tiếp lm giảm tỉ sè tÝn hiƯu trªn nhiƠu cđa hƯ thèng bao nhiªu lần Nó đợc định nghĩa nh sau: NF = (S / N ) i (S / N ) o (3.8) Trong đó: (S/N)i v (S/N)o lần lợt l tỉ số tín hiệu nhiễu đầu vo v thnh phần hay tầng (đơn vị chúng l lần) Biểu diễn NF đơn vị dB: NF (dB)=(S/N)I (dB)-(S/N)o (dB) (3.9) Mối liên hệ NF(dB) v NF: NF(dB)=10lgNF VÝ dơ: C«ng st tÝn hiƯu vμ c«ng st nhiƠu đầu vo khuếch đại lần lợt l 100uW v 1uW Tại đầu công suất tín hiệu v nhiễu lần lợt l 1W v 30mW Tính hƯ sè nhiƠu: NF = ( S / N ) i 100 μW / 1μW = =3 (S / N ) o 1W / 0,03W NF (dB ) = 10 lg NF = 10 lg = 4,77 dB NhiÖt ®é nhiƠu t−¬ng ®−¬ng: Tõ biĨu thøc hƯ sè nhiƠu ta suy ra: NF = (S / N )i Si N o Si N o = = (S / N ) o N i S o S o N i Gọi A l hệ số khuếch đại khuếch đại: A= So Si Thay A vo biểu thức trên: NF = No Ni A Suy ra: N o = ( NF ) N i A 43 V× thÕ: NhiƠu tổng đầu vo l: N i = ( NF ) N i Giả sử nhiễu nguồn đầu vo Ni l loại nhiễu nhiệt, đợc biểu diễn theo biểu thức: N i = kTB Nhiễu tơng đơng đầu vo khuếch đại tạo l: N eq = N iΣ − N i = ( NF ) N i − N i = ( NF − 1)kTB (3.10) Hệ số K đại A (S/N)i (S/N)o Hình 3.9 Sơ ®å tÝnh NF cđa bé khch ®¹i thùc HƯ sè kđại A NF=0dB (S/N)i (S/N)o Điện trở nhiễu tơng đơng Hình 3.10 Sơ đồ tơng đơng với sơ đồ trên, có điện trở nhiễu tơng đơng v khuếch đại lý tởng (không nhiễu: NF=0dB) Nếu giả sử nhiễu ny đợc tạo điện trở nhiệt độ Teq v giả sử nguồn nhiễu thực gây nhiệt độ chuẩn To=2900K, ta viết: kTeq B = ( NF − 1)kTo B Teq = ( NF − 1)To = 290( NF − 1) (3.11) Nh vậy, nhiệt độ tơng tính trực tiếp từ hệ số nhiễu nên không mang thông tin khuếch đại Tuy nhiên, đợc sử dụng hiệu trờng hợp máy thu vi ba nối víi anten ®−êng trun Anten cã nhiƯt ®é nhiƠu từ nhiễu không gian tác động vo Đờng truyền v máy thu có nhiệt độ nhiễu Nhiệt độ nhiễu tơng đơng hệ thống tổng nhiệt độ nhiễu anten, đờng truyền v máy thu Ta tính hệ số nhiễu tơng đơng hệ thống từ biĨu thøc trªn: 44 NF − = NF = Teq 290 Teq 290 (3.12) +1 Nhiệt độ nhiễu tơng đơng máy thu nhiễu thấp bé, thờng nhỏ 1000K Điều nghĩa l máy thu hoạt động nhiệt độ ny Thông thờng chúng hoạt ®éng t¹i nhiƯt ®é 3000K nh−ng cã nhiƯt ®é nhiƠu tơng đơng l 1000K Ví dụ: Một khuếch đại có hệ số nhiễu 2dB Tính nhiệt độ nhiễu tơng đơng: Đầu tiên, chuyển đổi NF theo đơn vị dB thμnh NF theo tØ sè: NF(dB)=10lgNF Suy ra: NF = 10 NF ( dB ) 10 = 1,585 ¸p dơng biĨu thøc trªn ta cã: Teq = 290( NF − 1) = 290(1,585 − 1) = 169,6 K HÖ số nhiễu khuếch đại mắc chuỗi: Hệ số nhiễu tổng khuếch đại mắc chuỗi ®−ỵc biĨu diƠn theo biĨu thøc Friis nh− sau: (S/N)i A1 A2 AN (S/N)o Hình 3.11 Sơ đồ tính NF khuếch đại mắc chuỗi NFT = NF1 + NF2 − NF3 − NF4 − + + + A1 A1 A2 A1 A2 A3 (3.13) Trong ®ã: NF1, NF2, NF3, NF4: HƯ sè nhiƠu khuếch đại mắc chuỗi A1, A2, A3: Độ khuếch đại khuếch đại mắc chuỗi Chú ý hệ số nhiễu biểu thức đợc tính theo đơn vị tỉ số, theo dB 45 VÝ dơ: HƯ thèng gåm tÇng khch đại có thông số nh sau Số thứ tự tầng Độ khuếch đại (lần) Hệ số nhiễu (lần) 10 2 25 30 TÝnh ®é khuếch đại, hệ số nhiễu v nhiệt độ nhiễu tơng đơng ton hệ thống: Độ khuếch đại tổng tích độ khuếch đại: AT = A1 A2 A3 = 10.25.30 = 7500 HƯ sè nhiƠu tỉng: NFT = NF1 + NF2 − NF3 − −1 −1 + = 2+ + = ,316 A1 A1 A2 10 10.25 ⇒ NF ( dB ) = 10 log ,316 = 3,65dB Nhiệt độ nhiễu tơng ®−¬ng: Teq = ( NF − )To = 290( NF − ) = 290( 2,316 − ) = 382 K ... theo biểu thức (3. 1) PN = kTB = (1 ,38 .10 − 23 J / K )(293K )(6.10 Hz ) = 24,2.10 15 W Điện áp nhiễu ®−ỵc tÝnh theo biĨu thøc (3. 2) VN = 4kTBRL = 4(1 ,38 .10 − 23 J / K )(293K )(6.10 Hz) (30 0Ω) = 5,4.10... chẳng hạn đèn điện tử, transistor diode bán dẫn Sự thay đổi ny đợc tạo dòng điện l luồng hạt mang (điện tử v lỗ trống) hữu hạn Dòng điện xem nh l chuỗi xung m chuỗi gồm hạt điện tử mang điện Nhiễu... sau: I N = 2qI B Trong ®ã: IN : Dòng điện nhiễu hiệu dụng [A] q: Điện tích điện tử, 1,6.1 0-1 9 Coulomb I0: Dòng điện phân cực thiết bị [A] B: Băng thông nhiễu (3. 3) 40 Ví dụ: Một máy tạo nhiễu sử
