Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Kỹ thuật truyền thanh
Kỹ thuật truyền thanh TrangCHƯƠNG VIMẠCH DAO ĐỘNG, PHÁT TÍN HIỆU VÀ TỔNG HP TẦN SỐCác hệ thống truyền thanh và truyền tin hiện đại yêu cầu có dạng sóng sin hay không sin có tần số ổn đònh, có khi còn yêu cầu cả một mạng rất nhiều sóng có tần số vừa ổn đònh, vừa có quan hệ liên kết nhau. Quan hệ hệ tần số liên kết nhau có thể được minh họa bởi một hệ thống nhiều bánh răng có tốc độ quay quan hệ liên kết nhau tỷ lệ nghòch với số răng của mỗi bánh. Do vậy mạch dao động, mạch đồng bộ tần số, mạch tổng hợp tần số là các thành phần quan trọng của kỹ thuật truyền thanh và truyền tin.I. Mạch dao động:1.Nhắc lại nguyên lý mạch dao động:Nguyên lý mạch dao động có đường hồi tiếp âm đã được nói đến ở môn Điện tử cơ bản. Do vậy, phần này chỉ nhắc lại vấn đề một cách ngắn gọn.Nếu đưa đến ngõ vào của mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại điện áp Av một tín hiệu điện áp Vi thì lại ngõ ra ta có Vo = AvVi. Nếu muốn vẫn có tín hiệu ra Vo mà không cần điện áp vào Vi thì phải lấy một phần bằng tỷ số β của tín hiệu ra tức βVo, đưa trở lại ngõ vào thay thế cho tín hiệu Vi. Muốn có điện áp ra Vo giống như khi có Vi vào mạch khuếch đại thì phải thỏa mãn điều kiện (H.VI-1)βVo = Vi.Nếu thay Vo = AvVi thì:βVo = βAvVi = Vi.Vậy điều kiện là: βAv = 1 (Đk Barkhausen)Điều kiện này là điều kiện Barhausen. Nếu β và Av đếu đặc trưng cho quan hệ biên độ lẫn góc pha của các tín hiệu ra và vào khối hồi tiếp và mạch khuếch đại thì điều kiện Barhausen:βAv = 1 là điều kiện cân bằng pha và điều kiện cân bằng biên độ:( )==→=10arg1vvvAAAβββĐiều kiện cân bằng pha không có điều gì cần giải thích thêm nhưng điều kiện cân bằng biên độ cần phải được nói thêm cho phù hợp với thực tế.Khi cấp điện cho mạch dao động có đường hồi tiếp, nếu điều kiện cân bằng biên độ được thỏa thì mạch không bao giờ khởi động, vì như vậy về lý thuyết biên độ dao động của mạch ổn đònh ở mức khởi động là bằng không. Như vậy để cho mạch có thể khởi động thì |βA| phải lớn hơn một để biên độ có thể tăng từ không cho đến khi biên độ 75Avββ: khối hồi tiếpRaVoVàoVi(H.VI-1)(điều kiện cân bằng pha)(điều kiện cân bằng biên độ) Trang 76 Nguyễn Xuân Khaiđạt mức cần thiết thì hệ số khuếch đại vòng hở |βA| giảm xuống bằng 1 để có biên độ dao động ổn đònh.Để hiểu rõ điều kiện cân bằng pha và biên độ ta nghiên cứu mạch dao động cầu Wien và mạch dao động dòch pha.2.Mạch dao động cầu Wien (H.VI-2):với jCRZω1111+=; jCRRZω22221+=; jCRjCRZωω2222211+=Thông thường ta chọn C1 = C2 = C; R1 = R2 = R.Vậy: jCCRRR−+=ωωβ132.Vậy điều kiện Barhausen là: 1.132=+−+=iifvRRRjCCRRRAωωβ Điều kiện cân bằng pha là:Arg(βAv) = 0; vậy 012=−ωωCCR hay RCfπ21=; RC1=ωĐiều kiện cân bằng biên độ là:khi 012=−ωωCCR313==⇒RRβ|βAv| = 1 hay 3==+viifARRRĐể |βAv| > 1 tức Av > 3, lúc khởi động Ri được thay bằng một mạch điện trở phụ thuộc vào biên độ dao động. Khi biên độ dao động bằng không lúc khởi động thì Mạch dao động gồm mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại bằng: iifvRRRA+=Khối hồi tiếp có hàm truyền hồi tiếp bằng: 221ZZZ+=βRaVào mạch khuếch đạiRa mạch khuếch đạiViVoR1C1R2C2RfRi+MạchkhuếchđạiKhốihồitiếpH.VI-2 Kỹ thuật truyền thanh Trang3>+=iifvRRRA. Khi biên độ dao động tăng và đạt mức yêu cầu thì Ri tăng đến mức 3=+=iifvRRRA.3. Mạch dao động lệch pha:H.VI-3Nút có điện áp V2:0.2 2.2.1=−+−−jCVVRVjCVVraωωβ(2)Nút có điện áp Vraβ :0 1.2=+−βωraVjCVV(3)Sau khi loại V1 và V2 ta có hàm truyền của khối β bằng:jCRRCRCCVVvaora−+−==2232 165ωωωωβββ.Điều kiện Barhausen là:1.1652232=−−+−=ifvRRjCRRCRCCAωωωωβ.Điều kiện cân bằng pha cho biết tần số dao động:016223=−ωCRR hay 621RCfπ=.Điều kiện cân bằng biên độ cho biết hệ số khuếch đại tối thiểu của mạch khuếch đại: |βAv| = 1 tức |β | = 1/29 hay Av = -29.77Mạch dao động gồm:- Mạch khuếch đại đảo pha có hệ số khuếch đại bằng: ifvRRA −=.- Khối hồi tiếp β có hàm truyền hồi tiếp được tính từ ba phương trình Kirchoff (H.VI-3)Nút có điện áp V1:0.1.2.1.1.=−+−−jCVVRVjCVVvaoωωβRaViVoRCRCRCRfRi+VraβVvàoβV2V1 Trang 78 Nguyễn Xuân Khai4. Mạch dao động ba điểm:Các mạch dao động có khung dao động ba điểm theo sơ đồ tổng quát sau đây: (H.VI-4a, b).H.VI-4Ta có: totioZRZVKV+= .; Ro đặc trưng cho tổng trở ra của mạch khuếch đại.( )( )231231231231.)(ZZZZZZRZZZZZZKZRZKjAototv+++++++=+=ω( )( ) ( )23123123121231231231231311.)(ZZZZZZRZZZZZKZZZZZZRZZZZZZKZZZjAoov++++++=++++++++=ωβTheo điều kiện Barhausen:( ) ( )1.)(23123121=++++=ZZZZZZRZZKjAovωβThay Z = Xj, ta có:( ) ( )1.23123121=+−++−XXXXXXRXXKiều kiện cân bằng pha: X1 +X2 +X3 = 0.Điều kiện cân bằng biên độ:( )1.2123121=−=+XXKXXXXXKKK.ViViZ3Z1Z2ViVoRongõ vào mạch khuếch đạingõ ra khối hồi tiếpngõ vào khối hồi tiếpngõ ra mạch khuếch đạiKZ3Z1Z2RoVob)K.ViVikhối hồi tiếpZt( )321231ZZZZZZZt+++=311ZZZ+=β Kỹ thuật truyền thanh TrangVậy: 12XXK−=a. Nếu dùng mạch khuếch đại đảo, K < 0 thì:012>XX, như vậy X2 và X1 phải là cùng một điện kháng.X1 + X2 + X3 = 0.X1 + X2 = -X3X3 phải là điện kháng khác loại với X1 và X2 nếu X3 = L3ω thì ω111CX −=; ω221CX −=; −=ωCjZ ta có mạch dao động Colpitts có sơ đồ H.VI-5a và H.VI-5b:H.VI-5Điều kiện cân bằng pha cho:011321=+−−ωωωLCC; 321212LCCCC+=ω; 3212121LCCCCf+=πĐiều kiện cân bằng biên độ cho :21121211CCCCXXK−=−−−=−=ωωKhối khuếch đại K có thể là bất cứ mạch khuếch đại dùng linh kiện nào khác lắp thành mạch khuếch đại đảo như transistor trường, mạch khuếch đại thuật toán v.v .Nếu ω331CX −= ; −=ω33CjZthì X1 = L1ω; X2 = L2ω ta có mạch dao động Hartley như H.VI-6a, b.79a )V oV iC3RoL2L1-Kb )V oV iVccCERB1RB2RECoCiC3L2L1QRFCH.VI-6V iV ob )L3C2VccCECoCiC1QRFCRB1RB2REa )V oV iC1L3C2Ro-KK.Vi Trang 80 Nguyễn Xuân KhaiĐiều kiện cân bằng pha cho:X1 + X2 + X3 = 0 .01321=−+ωωωCLL; ( )32121CLL+=ω; ( )32121CLLf+=πĐiều kiện cân bằng biên độ cho: 121212LLLLXXK−=−=−=ωωCũng như mạch Colpitts, khối K có thể là bất cứ linh kiện nào lắp thành mạch khuếch đại đảo như transistor trường, mạch khuếch đại thuật toán v.v .b. Nếu dùng mạch khuếch đại không đảo: K > 0 thì12XXK−=; X2 và X1 phải khác dấu tức là khác loại điện kháng, kết hợp vơí X1 + X2 + X3 = 0, ta có các mạch sau đây được gọi chung là mạch dao động điều hợp ngõ ra điều hợp ngõ vào: (H.VI-7a, b, c, d)H.VI-7Bốn sơ đồ trên không phải tất cả đều thực hiện được vì khi thực hiện còn phải nghiên cứu đến vấn đề dung hợp tổng trở với ngõ vào ngõ ra của khối khuếch đại liên quan đến các linh kiện và sơ đồ khuếch đại.Sơ đồ H.VI-7c đã được thực hiện với dạng H.VI-8, được gọi là sơ đồ mạch dao động Colpitts ở một số tài liệu.Một số tài liệu phân loại tất cả các mạch dao động trên thành hai loại, là loại ba điểm dung và loại ba điểm điện cảm.ƠÛ mạch H.VI-8 kiện cân bằng pha cho:b )V iV oL1C2L3Roc )V oV iC3L2C1Roa )V oV iL2C1L3Ro+K +Kd )V oV iC3L1C2Ro+K -KV iV oVccC3C1QL2RB1RB2RE+ Kỹ thuật truyền thanh Trang011231=+−−ωωωLCC;231312LCCCC+=ω;2313121LCCCCf+=πĐiều kiện cân bằng biên độ cho:33121212121CCCCLCLXXK+==−−=−=ωωωMạch H.VI-8 làm việc tốt ở tần số VHF, thường được thấy ở Micro không dây.5.Các mạch dao động ghép hỗ cảm:Các máy thu yêu cầu mạch dao động ghép hỗ cảm có một khung dao động LC có thể đổi tần số bằng cách dùng một tụ điện biến đổi có một điện cực nối đất. Sau đây là các mạch dao động dùng trong máy thu thanh.a. Mạch dao động điều hợp cực phát (H.VI-9):Khối khuếch đại dùng transistor nối đất cực khiển, khung dao động LC ở cực phát transistor. Tần số dao động của mạch bằng : 0021CLfπ=.Co là điện dung của tụ điện biến đổi CVo mắc song song với tụ điện tinh chỉnh To của khung dao động LoCo. Khung này được ghép hỗ cảm với cuộn L nối vào cực thu của transistor. Bộ biến áp ghép hỗ cảm là đường hồi tiếp dương đưa tín hiệu hồi tiếp vào cực phát là ngõ vào mạch khuếch đại transistor có cực khiển nối đất. Tụ điện biến đổi CVo, tụ điện tinh chỉnh To và lõi Ferit Fo dùng để chỉnh phạm vi thay đổi tần số dao động.(lưu ý cực tính điện áp tại ngõ vào và ra mạch khuếch đại).b. Mạch dao động điều hợp cực phát (H.VI-10):Khung dao động LC xác đònh tần số dao động bằng:0021CLfπ=; Co: điện dung tương đương với CVo và To mắc song song.Tụ điện Cvo, To và lõi Ferit có công dụng như ở khung dao động LC (H.VI-9). Tín hiệu hồi tiếp được ghép từ cực thu (ngõ ra mạch khuếch đại) qua cực khiển của transitor Q (ngõ vào) bằng hồ cảm. (Lưu ý cực tính điện áp ngõ vào và ra mạch khuếch đại C nối đất khác với mạch B nối đất ở H.VI-9).81H.VI-8L oLmF oV oVccC3ToQRB1RB2RE CvoH.VI-9Vi Trang 82 Nguyễn Xuân Khaic. Mạch dao động điều hợp cực thu (H.VI-11a, b):- Có hai mạch liên quan đến mạch khuếch đại cực khiển nối đất và mạch khuếch đại cực phát nối đất. Hai sơ đồ này lần lượt giống như H.VI-9 và H.V-10, chỉ khác ở vò trí của khung dao động LC ở cực thu, khung LC cũng gồm LoCvoTo và lõi Ferit có cùng công dụng như các sơ đồ trên.6. Mạch dao động thạch anh:Cấu tạo và đặc tính của tinh thể thạch anh đã nói ở chương IV. Mạch dao động thạch anh là mạch dao động có khung dao động LC được thay thế bằng tinh thể thạch anh, tương đương với khung dao động hai điểm. Tuy nhiên, như đã biết, tinh thể có hai tần số cộng hưởng là fc và fr: H.VI-15 được vẽ lại để nói thêm về hai tần số cộng hưởng này:Để thuận lợi trong việc tính toán và cũng trong thực tế Rc rất nhỏ, ta cho Rc ≈ 0 khi tính tổng trở tương đương với tinh thể thạch anh.( )( )dCCdCCCdCCdCCtaCCLCCjCLjCjCjLjCjCjLZ−+−=+++=ωωωωωωωω1111.12V iF omLL oV oToCvoVccCECiQRB1RB2REH.VI-10V omF oV iToCvoVccCEQRB1RB2REL omF oV oCvoToVccCECBQRB1RB2REH.VI-11a H.VI-11bRcLcCcCdH.VI-150 fcfpf Kỹ thuật truyền thanh TrangTừ biểu thức trên ta biết được tần số cộng hưởng nối tiếp là tần số tương ứng với Zta = 0 và tần số cộng hưởng ứng với Zta = ∞.Từ LcCdω2 – 1 = 0 ta có CCCCLfπ21=Từ Cc + Cd - LcCcCdω2 = 0 ta có dCCdCPCCLCCf+=π21dCCPCCff+=1Tần số cộng hưởng nối tiếp rất ổn đònh vì nó đặc trưng cho đặc tính cơ khí rất ổn đònh và tính áp điện của tinh thể thạch anh.Tần số cộng hưởng song song fp kém ổn đònh hơn do điện dung điện cực Cd thay đổi theo nhiệt độ nhiều hơn.Ta cũng có thể thay đổi tần số thạch anh trong một phạm vi hẹp bằng cách mắc nối tiếp với một tụ điện tinh chỉnh CT như sau (H.VI-16):( )( )jCCCLCCjCLZTdCCdCCCtaωωω112'+−+−=( )dCCdCTdCCTdCTtaCCLCCCCCLCCCjCZ22'.1ωωω−++−++=Tần số cộng hưởng nối tiếp mới bằng:TdCCCCCCff++=1'Tụ điện CT làm mất tính ổn đònh do f’c phụ thuộc vào Cd và CT kém ổn đònh hơn Cc.Ta đã biết rõ đặc tính của của tinh thể thạch anh và bây giờ có thể tóm lược như sau:- Thạch anh có cảm kháng khi tần số ở trong khoảng fc < f < fp và dung kháng ở tần số ngoài khoảng này.- Tần số cộng hưởng nối tiếp fc ổn đònh hơn tần số cộng hưởng song song.- Do thạch anh tương đương với khung dao động hai điểm nên chỉ có thể lắp chung với hai tụ điện thành mạch dao động ba điểm điện dung, do vậy tần số dao động bắt buộc phải ở trong khoảng fc < fo < fp để thạch anh tương đương với cuộn cảm. Thạch anh cũng có thể lắp thành mạch hồi tiếp dương nối giữa ngõ ra với ngõ vào của mạch khuếch đại không đảo và làm việc ở tần số cộng hưởng nối tiếp ổn đònh hơn khi ở tần số làm việc có tính cảm kháng.83CTXTALTổng trở của thạch anh có giá trò mới như sau:jCZZTtataω1'+=H.VI-16 Trang 84 Nguyễn Xuân KhaiSau đây là một số mạch tiêu biểu:a. Mạch dao động Pierce:Hình H.V-17a,b là mạch dao động thạch anh Pierce dùng transistor và IC:Tinh thể thạch anh XTAL là Z3; jCjZω11−=; jCjZω22−=;Z3 = Ltaωj.Tần số dao động fo của mạch phải ở trong khoảng fc < fo < fp để Z3 là cảm kháng. Diode D ở sơ đồ a) giới hạn biên độ dao động, Rf là điện trở ổn đònh cho LC. Tinh thể thạch anh tương đương với cảm kháng L3ωj của khung dao động ba điểm điện dung.b. Mạch dao động thạch anh ba điểm điện cảm:c. Mạch dao động nửa cầu (H.VI-19):Đây là mạch dao động nửa cầu RLC dùng thạch anh ở tần số cộng hưởng nối tiếp fc kiểu Meacham. Tín hiệu tại cực phát E và cực thu C lệch pha nhau 1800.Khi tần số dao động bằng tần số cộng hưởng nối tiếp fc, thạch anh tương đương với điện trở Rc, Thermistor Rth khi ở biên độ qui đònh có điện trở bằng điện trở của thạch anh ở tần số cộng hưởng nối tiếp fc, do vậy khi biên độ tín hiệu dao động tăng, Rth giảm đến gần trò số bằng điện trở Rc của thạch anh do vậy biên độ được giới hạn ở mức qui đònh. Khung dao động ba điểm điện cảm là Z1 = Lcωj, cảm kháng của tinh thể thạch anh Z2 = L2ωj, cuộn kháng L2 có tụ điện tinh chỉnh T2, jCZω331=(H.VI-18)Z 3R aV oV iRCC1VccCEC2QRB1RB2REDXTALZ 3V oV iC1C2RoRfXTAL-KRamạch khuếch đại đệma) b)H.VI-17Z 1C3VccCEQXTALRB1RB2REL2T2C4H.VI-18T h e r m i s t o rLoCoVccVccQXTALRCRBRECBRthR2H.VI-19 [...]... theo ý muốn H.IV- 26 là mạch tổng hợp 20 tần số từ 20 tinh thể thạch anh để có 128 tần số khác nhau từ 510KHz đến 1790KHz với độ phân giải là 10KHz, có thể cho ra 1 06 tần số khác nhau làm sóng mang cho các đài phát thanh AM dải sóng trung bình (từ 540KHz đến 160 0KHz) Độ phân giải tần số là khoảng cách tần số thấp nhất giữa hai tần số ra mạch tổng hợp Kỹ thuật truyền thanh Trang 89 H.VI- 26 2 Mạch tổng hợp... fC ( P +1) m − ( n − m ) P m f o = n + Pf C P Các mạch tổng hợp gián tiếp được xử dụng trong máy phát và máy thu vô tuyến truyền thanh trong kỹ thuật truyền tin, kỹ thuật đo lường Chúng ta sẽ còn nói đến mạch này ở phần đổi tần số máy thu và phát vô tuyến truyền thanh ... (bước 10Hz) 0 - 90Hz Σ3 10Hz 1Hz f f÷10 HG6 f9 = f5 + f6 f6 0 - 9Hz (bước 1Hz) H.VI-27 Mạch có tần số chuẩn là 100KHz từ bộ dao động thạch anh duy nhất, do vậy mạch có thể cho ra nhiều tần số có quan hệ liên kết nhau, rất thuận lợi trong kó thuật truyền nhiều kênh sẽ nói đến ở các bài sau Có năm mạch chia tần số cho 10, sáu mạch phát sóng hài từ HG1 đến HG6 là mạch khuếch đại phi tuyến như đã nói ở... tần số và mạch tổng hợp tần số ứng dụng hiện tượng này 10 190KHz 180KHz 9 19 20 1.6MHz 18 1.5MHz 17 1.4MHz 16 170KHz 160 KHz 8 tần số ra 700KHz ± 160 KHz 1.3MHz 15 7 Trộn, cộng, trừ tần số, lọc 1.1MHz 14 1MHz 13 150KHz 140KHz 130KHz 6 Mạch khuếch đại, dao động 800KHz 700KHz 12 5 Mạch khuếch đại, dao động 700KHz 11 4 1.2MHz 160 KHz 120KHz 3 900KHz 2 110KHz 1 100KHz * Mạch tổng hợp tần số nhiều tinh thể thạch... mạch chức năng đặc biệt gọi là vòng khóa pha hay là vòng giữ pha (Phase Locked Loop) Vòng khóa pha giữ nhiều chức năng quan trọng trong kó thuật truyền tin, truyền dữ liệu và đo lường Nó được dùng trong mạch tổng hợp tần số, tách sóng điều tần, điều biến trong kó thuật truyền tin Sau đây làsơ đồ khối của vi mạch này (H.VI-28): Vr = K(ϕ i- ϕo), fi, fo, fo-fi,v.v fv tần số vào fra tần số ra So pha Vr ϕ... áp tạo xung đồng bộ Khối +1 là mạch điện cho ra sóng sin hay tam giác Kỹ thuật truyền thanh Trang 87 Tần số có điều biến bằng cách đưa tín hiệu điều biến em(t) vào cầu phân áp RcR’ nối vào ngõ số 7 hay số 8 như sau (H.VI-24): em(t) điều biến dòng điện từ vi mạch vào điện trở đònh thì, do vậy điều biến tần số Các ngõ 13, 14, 15, 16 là ngõ điều chỉnh dạng sóng ra như hệ số chu kỳ sóng, chỉnh đối xứng... minh họa phạm vi bắt và phạm vi giữ của một vòng khóa pha Lưu ý là tần số dao động tự do của các mạch dao động fid (điểm giữa của hai dải) được xác đònh bởi tụ điện và điện trở đònh thì CT và RT Kỹ thuật truyền thanh Trang 91 Lưu ý rằng phạm vi giữ rộng hơn phạm vi bắt Toàn bộ vòng khóa pha là một hệ thống điều khiển vòng kín tần số mạch dao động Phạm Vi Giữ Phạm Vi Bắt H.VI-30 fg1 fb1 fb2 fg2 ftd Sau.. .Kỹ thuật truyền thanh Trang 85 Khung dao động LoCo cộng hưởng ở tần số fc của thạch anh d Mạch dao động có đường hồi tiếp dùng thạch anh (H.VI-20a, b): Sau đây các mạch điều hợp cực thu và mạch ba điểm điện dung... động phát sóng chuẩn quy mô trung XR-22 06 làm thí dụ Sóng có thể được 1 16 điều tần hay điều biên bởi AM vào 15 một tín hiệu từ bên ngoài 2 hoặc Nhân tần +1 14 Sóng ra có dạng sin, số và 13 nhân fra3 vuông, tam giác hay dốc chỉnh Tần số có thể điều chỉnh từ dạng sin +Vcc4 12 GND 0.01 Hz đến 1MHz rất 11 Đồng bộ ra Tụ điện5 thích hợp trong viễn thông, VCO đònh th 6 đo lường, tạo hàm, phát 10 Phân dòng... sóng đặc biệt mà không thể thay thế tài liệu hướng dẫn sử dụng được ngõ vào số 8 Rc hoặc 7 Trên đây là chỉ một trong nhiều vi mạch XR-22 06 quy mô tích hợp lớn có chức năng đặc biệt dùng em(t) R n trở 12 điệ trong kó thuật, viễn thông, đo lường và các kó đònh thì thuật khác III Mạch tổng hợp tần số: Mạch tổng hợp tần số là mạch tạo sóng có tần số xác đònh bằng cách tổng hợp nhiều sóng có tần số khác . tuyến truyền thanh trong kỹ thuật truyền tin, kỹ thuật đo lường. Chúng ta sẽ còn nói đến mạch này ở phần đổi tần số máy thu và phát vô tuyến truyền thanh. PPmnfo+CoPfPmnf+=raSo. độngTrộn, cộng, trừ tần số, lọctần số ra700KHz ± 160 KHz2 3 4 5 6 7 8 9 1014 15 16 20 160 KHz700KHz Kỹ thuật truyền thanh Trang2. Mạch tổng hợp tần số một tinh