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
45 Chơng ứng dụng Varicap đIện tử thông tin 4.1 Kh¸i niƯm Varicap lμ mét linh kiƯn b¸n dẫn có điện dung thay đổi theo điện áp đặt vo mối nối p-n Varicap đợc ứng dụng nhiỊu c¸c bé thu ph¸t sãng VHF vμ UHF, dùng để thay đổi tần số cộng hởng để lựa chọn kênh sóng, để nhân v chia tần số, tự động kiểm soát tần số, điều chế AM, FM sử dụng máy đo tần số cao v máy đo cờng độ trờng Varicap đợc ký hiệu nh sau: Hình 4.1 Mạch tơng đơng Varicap: RP LS RS CC CJ Hình 4.2 Ls: điện cảm dây dẫn kết hợp với cấu trúc bán dẫn Rs: điện trở nối tiếp Cj: điện dung bên varicap, có giá trị thay đổi theo phân áp đặt vo Rp: điện trở thay đổi theo điện áp vo, có giá trị lớn varicap phân cực nghịch v nhỏ varicap phân cực thuận Cc: điện dung tiếp xúc dây dẫn 46 Mạch tơng đơng varicap thờng đợc sử dụng phân cực ngợc: RS CJ Hình 4.3 mạch tơng đơng đơn giảnVaricap Công thức tiêu biểu để tính điện dung theo điện áp phân cực: CV = K (V + ) (4.1) Cv: điện dung tơng đơng với điện vo V: điện áp đặt lên varicap gồm điện áp phân cực v điện áp tín hiệu xoay chiều V = VPC + V AC γ: hƯ sè phơ thc vμo vËt liƯu γ=1/3 1/2 K: hƯ sè phơ thc cấu trúc bán dẫn hiệu điện tiếp xúc = 0,5 ữ 0,65 Đặc tuyến varicap tiêu biểu Varicap pF Cv 250 200 150 100 50 V 10 15 20 25 30 Điện áp phân cực nghịch Hình 4.4 Đặc tuyến Varicap Ta nhận thấy điện dung varicap thay đổi phân cực thuận v phân cực nghịch thay đổi Tuy nhiên, phân cực thuận dòng qua varicap l dòng thuận thay ®ỉi rÊt lín vμ Rp cã trÞ sè nhá, ®iỊu ny lm giảm phẩm chất mạch cộng hởng Trong điều kiện phân cực nghịch, dòng qua varicap bé, Rp lớn, varicap đợc xem nh không tiêu tán lợng (Q) Do varicap thờng đợc phân cực nghịch để lm việc Đặc tuyến có dạng tùy thuộc vo phân bố tạp chất diode biến dung 47 0V VÝ dơ ph©n cùc cho Varicap: BA163 33K Tên : BA 163 Điện áp ngợc từ 1V đến 12V Cờng độ dòng điện thuận cực đại: -1Vữ-12V ILvmax = 12/33k = 0,4 mA 4.2 Các tiêu kỹ thuật varicap Điện lm việc cực đại varicap: MWV (Maximum Working Voltage) l điện áp lm việc cao DC v AC đỉnh, điện áp ny varicap hỏng Điện áp ny điện áp phân cực, thay đổi tùy loại varicap từ -7V ữ -200V Điện áp đánh thủng: BRV (Breakdown Voltage) l điện áp lm cho dòng phân cực gia tăng nhanh gây h hỏng (đánh thủng) Dòng điện ngợc cực đại: l dòng điện ứng với điện ngợc lm việc cực đại, tùy thuộc vo loại v cách cấu tạo varicap m dòng điện ny thay đổi từ: 0,005A5A Công suất tiêu tán Pd l công suất cực đại m varicap tiêu tán đợc Tùy theo loại công suất ny thờng thay đổi từ 200mW đến 2,5W Điện dung định mức C: l điện dung danh định varicap, đợc xác định điện áp no v tần số xác định, giá trị l vi pF đến 2000pF Các varicap có điện dung định mức thấp thờng đợc sử dụng máy thu phát viba Các giá trị điện dung định mức nh sau: 1PF 6,5 6,6 8,2 10 12 PF 14 15 18 20 22 22,5 24 27 33 35PF 39 47 50 53 56 65 68 70 71 82PF 100 150 250 350 500 1000 2000PF HÖ sè phÈm chÊt Q : l tỷ số điện kháng v điện trở nối tiếp Q = CRs Q đợc ghi rõ tần số v điện định, Q thờng có giá trị từ đến 100 48 Điện trở nối tiếp Rs: tạo chủ yếu điện trë mèi nèi b¸n dÉn, tõ cÊu tróc b¸n dÉn ®Õn ®Çu Tuy nã cịng tû lƯ víi tÇn số f nhng không đáng kể Tần số cắt fCo: l f Q = 1, thông thờng fCo= 50MHz đến 500MHz Tần số cộng hởng riêng: l tần số thân varicap cộng hởng thnh phần bên ngoi Thờng điện cảm v điện dung varicap tạo nên Thông thờng từ 150MHz đến 2GHz Đối với varicap hoạt động tần số thấp dòng điện thuận If l dòng varicap cho phép rơi vo điều kiện phân cực thuận Khi điệp áp ngợc đặt vo diode cng lớn khoảng cách d tiếp giáp cng tăng v Cv giảm 4.3 Hoạt động varicap 4.3.1 Varicap mạch lọc R1 V CV R2 + VPC Vo CV R2 R1 V Vo VPC+ H×nh 4.5 Trong hai sơ đồ ta chọn: R2>>R1 để R2 không ảnh hởng đến thông số mạch lọc A A R1C v R1C v Hình 4.6 Mạch lọc th«ng thÊp vμ läc th«ng cao ω 49 4.3.2 Varicap dïng m¹ch läc nhiƠu R1 Cv R2 + VPC _ Hình 4.7 4.3.3 Ghép varicap Cv1 Rp1 Cv2 Rp2 Cv3 Rp3 Cvr Rpr = Cvtd H×nh 4.8 4.3.4.Varicap m¹ch céng h−ëng a Céng h−ëng nèi tiÕp L R L + Cv Vc Cv _ H×nh 4.9 Rptd 50 b Céng h−ëng song song R C1 + Vc Cv L Cv _ L H×nh 4.10 4.3.5 Varicap nhân tần Lọc Lọc f1 Vi fn R1 CV VPC Vo Hình 4.11 Varicap đợc sử dụng nhân tần có u điểm l đơn giản mạch nhân tần dùng BJT, FET nhân tần dùng varicap hầu nh không cần cung cấp lợng Tín hiệu Vi qua lọc f1 tạo dòng điện qua varicap Do đặc tuyến không thẳng varicap nên sinh hi bậc cao f1 đầu lọc thứ hai cã fn = nf1 sÏ cho tÝn hiÖu lμ nf1 Varicap cã ®iƯn trë nèi tiÕp rÊt bÐ công suất tiêu thụ l 51 thnh phần kháng l chủ yếu, mát thấp dùng varicap có hiệu suất cao, thông th−êng lμ 90% (so víi BJT hay FET hiƯu st cì 50%) 4.4 øng dơng Varicap c¸c m¸y thu Mỗi varicap có điện dung danh định khác nhau, với điện áp phân cực thay đổi cho ta giá trị CVmin CVmax Tùy thuộc vo hệ số trùm băng băng sóng (K=fmax/fmin) ta chọn varicap thích hợp dựa vo công thức sau đây: f max C max = f C f = 2π LC fmax øng víi CVmin vμ fmin øng víi CVmax 4.4.1 VARICAP mắc đẩy kéo (cộng hởng cân bằng) CV L R VAC VPC CV Hình 4.12 Thông thờng dïng mét varicap ®Ĩ céng h−ëng Trong mét sè tr−êng hợp tín hiệu xoay chiều varicap rơi vo vùng phân cực thuận lm tăng dòng phân cực, giảm hệ số phẩm chất mạch, đồng thời lm quan hệ CV v V không tuyến tính Để khắc phục nhợc điểm ny ngời ta dùng hai varicap mắc đẩy kéo nh hình vẽ Hai Varicap đợc phân cực đồng thời nhờ điện áp phân cực đa vo mạch qua điện trở R Khi tín hiệu cao tần áp vo Varicap giống nhau, lái chúng đến giá trị điện dung cao thấp luân phiên Do điện dung tơng đơng 52 mạch gần nh không đổi theo điện áp cao tần Tuy nhiên mạch có nhợc điểm l lm giảm giá trị CVtđ, phai chọn varicap có điện dung danh định lớn 4.4.2.Varicap dùng mạch cộng hởng đơn tầng R C1 L1 L2 VPC Rv Cv V Rv V C2 Hình 4.13a Varicap cộng hởng đơn CV2 R L2 L1 CV1 VPC C2 Hình 4.13b Varicap đẩy kÐo/ c©n b»ng R: trë ph©n cùc L1, CV: khung cộng hởng RV: chỉnh điện áp phân cực cho Varicap L2: cuộn cản cao tần, không cho tín hiệu cao tần từ khung cộng hởng trở gây nhiễu nguồn cung cấp C2: tụ thoát cao tần 53 4.4.3 Varicap dùng mạch cộng hởng nhiều tầng fa CV2 L2 CV3 L3 fc – fa = fIF RFAMP MIX fc CV1 L1 OSC CV4 L4 H×nh 4.14 L4 R4 C4 Cv4 L3 R3 L8 C3 L7 Cv3 C1 L5 L1 Cv1 L2 R1 C5 H×nh 4.15 Rv R2 C2 Cv2 L6 54 CV1 L1 R1 L5 CV2 CV3 L2 R2 L6 CV4 Rv V CV5 L3 R3 L7 CV6 L4 R4 CV7 L8 CV8 Hình 4.16 4.4.4 Mạch tự động kiểm soát tần số AFC (Automatic Frequency Control) Thờng dùng cho c¸c m¸y thu FM fa fIF RFAMP MIX 10,7 MHz vo K§TT AF DETECTOR OSC RP1 fo C1 L R1 L1 Cv R2 C2 Mạch AFC Hình 4.17 RP2 55 : Đặc tuyến chữ S thuận, 2: đặc tuyến chữ S nghịch Khi f = f0: v0 = 0, f0 trị số ổn định Khi f > f0: v0>0 v0