Giáo trình radio casette (nghề điện tử dân dụng

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Mạch Điện Tử Nâng Cao mô đun sở của nghề Điện tử dân dụng biên soạn dựa chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2017 của trường Cao đẳ ng nghề Cầ n Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng hệ Trung cấp Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, ho ̣c có thí dụ tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phầ n lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình có và cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 gồm có: Bài MĐ13-01: Mạch thuật tốn Bài MĐ13-02: Mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi Bài MĐ13-03: Mạch chuyển đổi trở kháng Bài MĐ13-04: Mạch tích phân-vi phân Bài MĐ13-05: Mạch PI-PID Bài MĐ13-06: Mạch lọc bậc hai Bài MĐ13-07: Mạch nén chọn lọc Bài MĐ13-08: Mạch vịng khóa pha Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiế u sót Rất mong nhận sự đóng góp ý kiến thầy, cơ, bạn đọc để nhóm biên soạn điề u chỉnh hoàn thiện Cầ n Thơ, ngày tháng năm 2018 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Phương Uyên Vũ Đỗ Hữu Hâ ̣u MỤC LỤC BÀI 1: MẠCH THUẬT TOÁN 1.Khái niệm chung khuếch đại Phân Loại BÀI 2: MẠCH TẠO ĐIỆN ÁP RA CĨ CỰC TÍNH THAY ĐỔI 17 1.Khái niệm mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi 17 2.Mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi (0 < q < 1) 17 3.Tính tốn thơng số mạch 17 4.Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 18 BÀI 3: MẠCH CHUYỂN ĐỔI TRỞ KHÁNG 20 2.Mạch ROTATO 20 3.Mạch GYRATO 23 4.Mạch XIECCULATO 27 5.Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 30 BÀI 4: MẠCH TÍCH PHÂN- VI PHÂN 32 1.Khái niệm chung mạch tích phân 32 2.Chức nhiệm vụ mạch tích phân 32 3.Mạch tích phân khơng đảo 32 4.Mạch vi phân 33 5.Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 35 BÀI 5: MẠCH PI-PID 37 Khái niệm chung mạch PI 37 Sơ đồ mạch điện 37 3.Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 39 4.Khái niệm chung mạch PID (Propotional-Intergrated-Differential ) 40 5.Sơ đồ mạch điện 40 6.Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 42 BÀI 6: MẠCH LỌC BẬC HAI 44 Khái niệm mạch lọc thông thấp bậc hai 44 Chức nhiệm vụ mạch 44 Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 46 4.Khái niệm chung mạch lọc thông cao bậc hai 47 5.Chức nhiệm vụ mạch 47 Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 49 Khái niệm chung mạch lọc thông dải 50 8.Chức nhiệm vụ mạch lọc thông dải 50 Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 53 BÀI 7: MẠCH NÉN CHỌN LỌC 55 Khái niệm chung mạch nén chọn lọc 55 Chức nhiệm vụ mạch nén chọn lọc 55 Tính tốn thơng số mạch 56 Bài tập 57 BÀI 8: MẠCH VỊNG KHỐ PHA (PLL) 58 Sơ đồ khối vịng khóa pha 59 Các tính chất PLL tuyến tính 61 3.Ứng dụng PLL 63 4.Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: MẠCH ĐIỆN TỬ NÂNG CAO Mã mô đun: MĐ 14 Thời gian thực mô đun: 45 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 28 giờ; Kiểm tra: 02 giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí sau sinh viên học xong mô đun linh kiện điện tử, đo lường điện - điện tử, mạch điện tử - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc II Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Trình bày nguyên lý làm việc mạch điện khuếch đại thuật tốn, mạch vịng khoá pha mạch điều khiển; cấu tạo chu trình làm việc số mạch điều khiển thông dụng - Kỹ năng: +Kiểm tra cân chỉnh mạch điện khuếch đại thuật toán, mạch vịng khố pha mạch điều khiển - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có khả tự định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi với học + Có lực đánh giá kết học tập nghiên cứu + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chun mơn + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập III Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Số TT Tên mô đun Thực hành, thí nghiệm, thảo Tổng Lý số thuyết Bài 1: Mạch thuật toán 2 Mạch khuếch đại đảo 0.5 0.5 Mạch khuếch đại không đảo 0.5 0.5 Mạch cộng 0.5 0.5 Mạch trừ 0.5 0.5 Bài 2: Mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi 2 luận, tập Kiểm tra Khái niệm chung mạch tạo điện áp có cực tính thay đổi 0.5 0.5 Sơ đồ mạch điện 0.5 0.5 Tính tốn thơng số mạch 1 Đo, kiểm tra cân chỉnh thông số mạch Bài 3: Mạch chuyển đổi trở kháng 0.25 0.25 Mạch Rotato 0.25 0.25 Mạch Gyrato 0.25 0.25 Mạch Xiecculato 0.25 0.25 Khái niệm chung mạch chuyển đổi trở kháng Lắp ráp cân chỉnh thông số mạch Bài 4: Mạch tích phân-vi phân 0.25 0.25 Chức nhiệm vụ mạch tích phân 0.25 0.25 Mạch tích phân khơng đảo 0.25 0.25 Mạch tích phân đảo 0.25 0.25 Mạch tích phân tổng hiệu 0.25 0.25 Mạch tích phân kép 0.25 0.25 Khái niệm chung mạch vi 0.25 0.25 Khái niệm chung mạch tích phân phân Đo, kiểm tra cân chỉnh 2.25 0.25 Khái niệm chung mạch PI 0.5 0.5 Sơ đồ mạch điện 0.5 0.5 thông số mạch điện Bài 5: Mạch PI-PID Lắp ráp cân chỉnh thông số mạch điện 0.5 0.5 Sơ đồ mạch điện 0.5 0.5 thông số mạch điện Khái niệm chung mạch PID Đo, kiểm tra cân chỉnh Kiểm tra Bài 6: Mạch lọc bậc hai 13 Khái niệm chung mạch lọc thông thấp bậc hai 0.5 0.5 0.5 0.5 Chức nhiệm vụ mạch lọc thông thấp bậc hai Lắp ráp mạch lọc thông thấp bậc hai Khái niệm chung mạch lọc thông cao bậc hai 0.5 0.5 Chức nhiệm vụ mạch lọc thông cao bậc hai 0.5 0.5 Lắp ráp mạch lọc thông cao bậc hai 10 3 Khái niệm chung mạch lọc chọn lọc mạch lọc thông dải Chức nhiệm vụ mạch lọc chọn lọc mạch lọc 0.5 0.5 0.5 0.5 thông dải Lắp ráp mạch Bài 7: Mạch nén chọn lọc 0.5 0.5 0.5 0.5 Khái niệm chung mạch nén chọn lọc Chức nhiệm vụ mạch nén chọn lọc Lắp ráp mạch Kiểm tra Bài 8: Mạch vịng khóa pha Sơ đồ khối vịng khố pha (PLL) 0.5 0.5 Tính chất PLL tuyến tính 0.5 0.5 Ứng dụng PLL 1 Lắp ráp cân chỉnh mạch vịng khố pha Cộng 45 2 2 15 28 02 BÀI 1: MẠCH THUẬT TOÁN Mã bài: MĐ13-01 Mục tiêu: Học xong học viên có khả năng: - Trình bày chức nhiệm vụ nguyên lý làm việc khuếch đại - Tính tốn mức tín hiệu so với tín hiệu vào yêu cầu mạch - Trình bày chức, nhiệm vụ nguyên lý làm việc mạch cộng - Phân loại mạch cộng - Trình bày chức nhiệm vụ nguyên lý làm việc mạch trừ - Tích cực, chủ động sáng tạo học tập Nội dung chính: 1.Khái niệm chung khuếch đại 1.1 Khái niệm chung Mạch khuếch đại sử dụng hầu hết thiết bị điện tử, mạch khuếch đại âm tần máy chơi nhạc, Âmply, khuyếch đại tín hiệu video Ti vi, LCD hay mạch khuếch đại tín hiệu vơ tuyến thu Radio, thu truyền hình v.v … Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier), thường gọi tắt op-amp mạch khuếch đại chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại cao, có đầu vào vi sai, thơng thường có đầu đơn Trong ứng dụng thông thường, đầu điều khiển mạch hồi tiếp âmsao cho xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào tổng trở đầu Các mạch khuếch đại thuật tốn có ứng dụng trải rộng nhiều thiết bị điện tử thời từ thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp khoa học Các mạch khuếch đại thuật tốn thơng dụng có giá bán rẻ Các thiết kế đại điện tử hóa chặt chẽ trước đây, số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng tình trạng ngắn mạch đầu mà không làm hư hỏng 1.2 Chức khuếch đại Chức khuếch đại tất nhiên khả khuếch đại, nhiên cấu tạo đặc biệt, nên chúng tạo nhiều chức khác từ khuếch đại mạch cộng, trừ, vi tích phân Trong ta khảo sát mạch khuếch đại sử dụng mạch khuếch đại thuật toán Phân Loại Bằng cách ghép nối thành phần xung quanh KĐTT, ta thiết lập hai mạch khuếch đại khuếch đại đảo khuếch đại không đảo (khuếch đại đệm) Trong này, ta khảo sát op-amp trạng thái lý tưởng Sau đặc tính op-amp lý tưởng: - Ðộ lợi vịng hở A (open loop gain) vơ cực - Băng tần rộng từ 0Hz đến vô cực - Tổng trở vào vô cực - Tổng trở - Các hệ số l vô cực - Khi ngõ vào volt, ngõ volt - Ðương nhiên op-amp thực tế đạt trạng thái lý tưởng Hình1.1Ký hiệu mạch tương đương opamp - Từ đặc tính ta thấy: A= → ∞ nên V0 xác định chưa bảo hịa V1 = V2 - Zi →∞ nên khơng có dịng điện chạy vào op-amp từ ngõ vào - Z0 →0Ω nên ngõ v0 không bị ảnh hưởng mắc tải - Vì A lớn nên phải dùng op-amp với hồi tiếp âm Với hồi tiếp âm, ta có hai dạng mạch khuếch đại sau: 2.1 Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại đảo mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu có điện áp lớn hơn, bị đảo chiều so với tín hiệu vào 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình1.2 Sơ đồ mạch khuếch đại đảo 2.1.2 Chức nhiệm vụ mạch Chức mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu có điện áp lớn , đảo chiều cực tính tín hiệu vào Tính tốn thơng số mạch - Mạch khuếch đại đảo đảo ngược khuếch đại tín hiệu ngõ vào Hệ số khuếch đại xác định dựa vào hai điện trở (điện trở hồi tiếp âm Rf, điện trở vào Rin) Hình1.3Mạch khuếch đại đảo + Zi, Zf có dang + Tín hiệu đưa vào ngõ vào (-) vi xoay chiều chiều - Do Op_amp lý tưởng nên: V1 = V2 = 0V ⇨ nên độ lợi áp mạch: Nhận xét: - Khi Zf Zi điện trở v0 vi lệch pha 180 (nên gọi mạch khuếch đại đảo ngõ vào ( - ) gọi ngõ vào đảo) - Zf đóng vai trò mạch hồi tiếp âm Zf lớn (hồi tiếp âm nhỏ) độ khuếch đại mạch lớn - Khi Zf Zi điện trở op-amp có tính khuếch đại điện chiều Bài tập tính tốn mạch - Tính hệ số khuếch đại mạch sau với Rf=10K,Ri=5K Nếu cho tín hiệu chiều có đầu vào 10mV, đầu ? 2.2 Mạch khuếch đại không đảo 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Hình1.4 Mạch khuếch đại khơng đảo 2.2.2 Chức nhiệm vụ mạch - Chức mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu có điện áp lớn , chiều so với tín hiệu vào 2.2.3Tính tốn thơng số mạch 10 Hình 6.8 Mạch lọc thông dải bậc hai Sallen-Key 8.1.1 Nguyên lý hoạt động mạch Mạch lọc chọn lọc Twin-T chủ động dựa nguyên lý mạch lọc Twin-T thụ động, sử dụng mạch khuếch đại thuật tốn có hệ số khue16ch đại lớn để tăng hệ số phẩm chất Q Mạch lọc thông dải bậc hai là dạng mạch Sallen-Key,tương tự mạch lọc thông thấp thông cao bậc hai Điện trở R1 R2 mắc thêm để cung cấp thêm độ lợi cho mạch lọc 8.1.2 Chức nhiệm vụ mạch Chức mạch lọc chọn lọc cho tần số nằm dải tần cho phép qua Hình 6.9 Đáp ứng tần số mạch lọc chọn lọc dải tần 1.47Khz-1.5Khz 8.2 Tính tốn thông số mạch 8.2.1 Chức linh kiện Linh kiện R, C tạo thành mạch lọc tần số mong muốn Mạch khuếch đại thuật toán mắc kiểu kéo điện áp nhằm nâng cao hệ số phẩm chất Q lọc Điện trở R1, R2 bù độ lợi cho mạch lọc 8.2.2 Tính tốn thơng số mạch Lọc chọn lọc lọc thơng dải có tần số giới hạn tần số giới hạn dưới: fgt =fgd = fo 51 Đểđơn giản, xét lọc chọn lọc cấu tạo từ mạch lọc thơng cao tích cực bậc mạch lọc thơng thấp tích cực bậc - Đặt: Ko.K∞=A ý với lọc bậc một: a1 = ta viết lại biểu thức trên: - Đặc trưng mạch lọc chọn lọc là: hệ số khuếch đại mạch tần số trung tâm fo hệ số phẩm chất Q Tại tần số trung tâm fo, ta có: Ω=f/fo = vµ P =jΩ = j - Lúc này, hệ số khuềch đại tần số fo (tần số cộng hưởng): - Độ rộng dải thông xác định hệ số khuếch đại giảm lần , nên ta có: - Thay (6b) vào (6) giải phương trình Ω, ta có nghiệm: - Đúng định nghĩa, phẩm chất mạch: - Thay nghiệm từ (7) vào (8), ta có: - Thay (6a) (9) vào (6), ta nhận hệ số khuếch đại mạch lọc chọn lọc : 52 Hình 6.10 Mạch lọc chọn lọc a./ hồi tiếp âm vòng; b./ hồi tiếp âm nhiều vòng; c./hồi tiếp dương vòng Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 9.1 Chuẩn bị 9.1.1 Chuẩn bị linh kiện Chuẩn bị linh kiện sau: Tụ 10nF Điện trở 10K Biến trở 50K Op amp LM358 Bộ nguồn +/-5VDC 9.1.2 Chuẩn bị dụng cụ, testboard Chuẩn bị dụng cụ sau: Mỏ hàn, Chì hàn, nhựa thơng Testboard Dây nối Kìm cắt, kìm kẹp, nhíp Bộ nguồn DC Máy phát hàm VOM 9.2 Lắp ráp mạch 9.2.1 Lắp ráp mạch testboard Lắp ráp mạch testboard sơ đồ nguyên lý sau: 53 R U1A V + K C R LM358 V 2 F n K 1 V C N R C D N G K R K D N G D N G R -5V D N G K F n N C D N G 9.2.2 Đo ngắn mạch Dùng VOM đo hai đầu CN1, CN2 nguồn +/-5VDC xem có chạm nguồn hay khơng 9.3 Cấp nguồn 9.3.1 Chỉnh nguồn, áp phù hợp Chỉnh nguồn +/-5VDC cung cấp cho mạch 9.3.2 Cấp tín hiệu cho mạch Sau chỉnh nguồn, cấp tín hiệu sóng sin từ máy phát hàm cho mạch thơng qua CN1 9.4 Đo đạc cân chỉnh 9.4.1 Đo đạc tín hiệu Quan sát đo tín hiệu CN2, so sánh với tín hiệu đầu vào CN1 9.4.2 Cân chỉnh thông số yêu cầu Thay đổi tần sóng sin đầu vào từ 100Hz –10Khz, bước thay đổi 100Hz Vẽ đáp ứng tần số mạch lọc khoảng tần số 54 BÀI 7: MẠCH NÉN CHỌN LỌC Mã bài: MĐ13-07 Giới thiệu Mạch nén chọn lọc thường dùng mạch cộng hưởng tần số vô tuyến để chọn lọc tần số mong muốn Mục tiêu: Học xong học viên có khả năng: - Trình bày chức năng, nhiệm vụ nguyên lý làm việc mạch nén chọn lọc - Tính tốn mức tín hiệu so với tín hiệu vào yêu cầu của mạch điện - Lắp ráp mạch nén chọn lọc đúng sơ đồ lắp ráp mạch in thiết kế sẵn - Đo, kiểm tra cân chỉnh mức điện áp yêu cầu thiết kế - Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, chủ động sáng tạo học tập Nội dung chính: Khái niệm chung mạch nén chọn lọc 1.1 Khái niệm chung Mạch nén chọn lọc mạch lọc thơng dải có băng thông B hẹp Mạch nén chọn lọc lý tưởng có đáp ứng tần số sau: Mạch nén chọn lọc lý tưởng 1.2 Vai trò chức mạch Mạch nén chọn lọc thường dùng mạch cộng hưởng tần số trung tâm hệ thống thông tin vô tuyến, mạch tạo dao động Chức nhiệm vụ mạch nén chọn lọc 2.1 Nhiệm vụ vai trò mạch nén Mạch nén chọn lọc cho tần số mang muốn qua, tần số khác bị triệt tiệu qua mạch 2.2 Sơ đồ mạch điện 55 Hình 7.1 Sơ đồ mạch nén chọn lọc dùng mạch lọc T kép 2.3 Chức linh kiện Một mạch nén chon lọc hình 7.1 mạch T kép thụ động, kết hợp với mạch khuếch đại thuật tốn có hệ số khuếch đại lớn để tăng hệ số phẩm chất Q.R1 (k+1)R1 mắc thêm để bù độ lợi cho mạch nén chọn lọc 2.4 Nguyên lý hoạt động mạch Để nén tần số đó, người ta dùng lọc có hệ số truyền đạt tần số cộng hưởng khơng, cịn tần số thấp tần số cao hệ số truyền đạt tăng đến giá trị khơng đổi Một mạch nén chon lọc chủ động phổ biến mạch T kép thụ động, kết hợp với mạch khuếch đại thuật tốn Tính tốn thơng số mạch Ta xem xét mạch lọc T kép thụ động Hình 7.1 Mạch lọc T kép thụ động Hàm truyền đạt mạch: Với Ω = ωRC Biểu thức tường đương với biểu thức (6), đó: A=1 ; β = 4; Khi ffO tức Pj KT = KTO=A cịn khi, f=fO tức P=j KT=0 Tương tự với mạch lọc chọn lọc, ta tính nghiệm Ω1 Ω2, đó: Q=fO/B = 1/ Ω1 - Ω2 = 1/β (14) Thay (14) vào (6), ta có biểu thức: 56 So sánh với (13), rút ra:Q=1/4 Từ (15), tính KT: Ta tính hệ số phẩm chất mạch T kép Q=1/4 Ta tăng Q cách mắc mạch T kép vào mạch hồi tiếp KĐTT để tạo mạch lọc tích cực Hình 7.2 Mạch lọc T kép chủ động Hình sơ đồ mạch nén chọn lọc dùng mạch lọc T kép Tại tần số cao thấp, tính chất truyền đạt mạch T kép khơng có thay đổi, đó, điện áp ra: Tại tần số cộng hưởng ru = 0, lúc coi đầu R/2 nối đất, tần số cộng hưởng fO xác định biểu thức : Hàm truyền đạt phức mạch điện : Do đó, KO= k và: Khi k=1 Q = 0,6; Khi k=2 Q = ∞ Bài tập 57 Tính giá trị R1, R2, R3, C1, C2, C3 để mạch nén chọn lọc T kép thụ động sau có tần số f0= 1.5Khz Tính tần số fo mạch nén chọn lọc thụ động sau BÀI 8: MẠCH VÒNG KHOÁ PHA (PLL) Mã bài: MĐ13-08 Giới thiệu Mạch PLL dùng nhiều hệ thống vô tuyến tạo xung clock mạch điện tử Mục tiêu: Học xong học viên có khả năng: - Trình bày chức năng, nhiệm vụ ngun lý làm việc mạch vịng khóa pha - Phân loại mạch vịng khố pha đúng nội dung học - Tính tốn mức tín hiệu so với tín hiệu vào yêu cầu của mạch điện - Lắp ráp cân chỉnh mức điện áp yêu cầu thiết kế - Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, chủ động sáng tạo học tập Nội dung 58 Sơ đồ khối vịng khóa pha Vịng khóa pha (Phase_locked_loop) PLL hệ thống vịng kín hồi tiếp, tín hiệu hồi tiếp dùng để khóa tần số pha tín hiệu tần số pha tín hiệu vào Tín hiệu vào có thể có dạng tương tự hình sine dạng số Kỹ thuật PLL ứng dụng rộng rãi mạch lọc, tổng hợp tần số, điều chế giải điều chế, điều khiển tự động … Hình 8.1Sơ đồ khối PLL 1.1 Nguyên lý hoạt động Vịng khóa pha hoạt động ngun tắc vòng điều khiển mà đại lượng vào tần số đại lượng so sánh với pha Vịng điều khiển pha có nhiệm vụ phát điều chỉnh sai số nhỏ tần số tín hiệu vào PLL hoạt động nguyên tắc vòng điều khiển, đại lượng vào tần số, chúng so sánh với pha Vịng điều khiển pha có nhiệm vụ phát vàđiều chỉnh sai số nhỏ tầnn số tín hiệu vào tín hiệu ra: làm cho tần số ω`r tín hiệu so sánh bám tần số ωv tín hiệu vào, tần số tín hiệu so sánh tần số tín hiệu ra(ω`r =ωr), tỉ lệ với tần số tín hiệu (ω`r =ωr/N) Xét trường hợp tín hiệu vào sin, mạch tách sóng pha mạch nhân tương tự  Khi khơng có tín hiệu vào, tín hiệu điều chỉnh ud=K uv.u`r = 0, mạch VCO dao động với tần số tần số dao động riêng ω0 (tần số dao động tự – chế độ chờ)  Khi có tín hiệu vào, tách sóng pha so pha tần số tín hiệu vào tín hiệu so sánh, đầu tách sóng pha có ud=K uv u`r (# 0), chứa thành phần tổng hiệu tần số: ωv ± ω`r, thành phần tổng ωv + ω`r bị loại bỏ nhờ mạch lọc thơng thấp, cịn thành phần hiệu: ωv - ω`r, sau khuếch đại dùng làm tín hiệu điều khiển dao động VCO, tần số VCO thay đổi cho tạo tần số hồi tiếp ω`r có giá trị làm cho (ωv - ω`r) > Nếu tần số ωv ω`r lệch lớn làm cho tần sốtổng hiệu nằm dải thơng mạch lọc, khơng có tín hiệu điều khiển VCO, VCO dao động với tần số ω0, ω`r tiến dần đến ωv cho thành phần hiệu rơi vào dải thông lọc, VCO bắt đầu nhận tín hiệu điều khiển, ta gọi PLL làm việc “dải bắt” tín hiệu, “dải bắt” dải PLL thiết lập chế độ đồng “Dải giữ” dải PLL giữ chế độ đồng thay đổi tần số tín hiệu vào (phụ thuộc biên độ điện áp điều khiển ud khả biến đổi tần số VCO) Trong dải giữ PLL mạch điều khiển tuyến tính, giả thiết chọn hệ số chia tần N=1, ta có: 59 - Như lọc thơng thấp, tín hiệu đưa đến VCO cịn: - Trong Kd; ⎢G⎢là hệ số module truyền đạt mạch lọc thông thấp Tại xung quanh điểm làm việc tĩnh, tần số VCO tỉ lệ với giá trị trung bình ud, viết dãy bắt là: - Khi ωv số PLL chuyển sang trình giữ, hiệu pha tín hiệu u’r uv khơng đổi (ωv = ω`r), từ phương trình => giá trị chiều - Do tần số thay đổi lượng: 2∆ωGmax dải giữ PLL 1.2 Chức nhiệm vụ khối 1.2.1 Bộ tách sóng pha Tạo tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha tín hiệu vào, tín hiệu vào thường hình sin xung vng, có loại tách sóng pha tuyến tính(tín hiệu vào sin), tách sóng pha số (tín hiệu vào xung vng) Bộ tách sóng pha tuyến tính: mạch nhân tương tự, tín hiệu tỉ lệ với biên độ tín hiệu vào Bộ tách sóng pha sẽ: thực mạch số, thuộc loại mạch tổ hợp 1.2.2 Bộ lọc thông thấp Thực chức năng: Cho qua tín hiệu tần số thấp ωv - ω`r, nén tần số cao ωv + ω`r 60 Đảm bảo cho vịng khố pha PLL bắt nhanh bám tín hiệu vào tần số thay đổi, nghĩa nã phải có tốc độđáp ứng thoả mãn Dải thơng lọc phải đủ lớn đểđảm bảo dải bắt cần thiết Thông thường PLL dùng lọc thông thấp bậc nhất, có tính ổn định cao lọc bậc cao, dùng lọc tích cực để tăng độ khuếch đại cho hệ thống 1.2.3 Bộ dao động có tần số điều khiển Yêu cầu chung quan hệ điện áp điều khiển tần số dãy xung phải tuyến tính, ngồi cịn phải có độ ổn định cao, dải biến đổi tần số lớn, dễđiều chỉnh, dễ chế tạo thành vi mạch Về nguyên tắc dùng mạch tạo dao động, mà tần số dao động biến thiên phạm vi: (±10% ÷ ±50%), xung quanh giá trị dao động tự ω0 Trong phạm vi tần số : 1Mhz - 100 Mhz, thường dùng dao động tạo xung chữ nhật; phạm vi tần số : 1Mhz - 50 Mhz, thường dùng dao động đa hài (tích thốt, mạch đa hài ghép Emitter ) Các dao động điều khiển dòng điện (CCO), ưu việt dao động điện áp (VCO), có phạm vi tuyến tính đặc tuyến truyền đạt rộng Các tính chất PLL tuyến tính 2.1 VCO Khi khơng có tín hiệu Vi ngõ vào, điện áp ngõ Vdc(t) = 0V, dao động VCO hoạt động tần số fn cài đặt điện trở tụ điện ngồi Khi có tín hiệu vào Vi, tách sóng pha so sánh pha tần số tín hiệu vào với tín hiệu VCO Ngõ tách sóng pha điện áp sai lệch Vd(t) , Chỉ sai biệt pha tần số hai tín hiệu Điện áp áp sai lệch Vd(t) lọc lấy thành phần biến đổi chậm Vdc(t) Nhờ lọc thông thấp LPF, Khuếch thành tín hiệu Vdk(t) đưa đến ngõ vào VCO, để điều khiển tần số VCO bám tần số tín hiệu vào Đến tần số focủa VCO tần số fi tín hiệu vào, ta nói VCO bắt kịp tín hiệu vào Lúc sai lệch hai tín hiệu cịn lại sai lệch pha mà thơi Bộ tách sóng pha tiếp tục so sánh pha hai tín hiệu để điều khiển VCO hoạt động cho sai lệch pha chúng giảm đến mức nhỏ Dải bắt BC (Capture range) Ký hiệu BC = f2 f1 dãi tần số tín hiệu vào thay đổi PLL đạt khóa pha, Nghĩa VCO bắt kịp tín hiệu vào Như để PLL hoạt động tần số Vi phải nằm BC BC phụ thuộc vào băng thơng LPF Để PLL đạt đươc khóa pha độ sai lệch tần số (fifn) phải nằm băng thơng LPF Nếu nằm ngồi băng thơng PLL khơng đạt đươc khóa pha biên độ điện áp sau LPF giảm nhanh Hình sau mạch VCO thực Mạch khuếch đại thuật toán 61 Hình 8.2 Mạch VCO 2.2 Tính chất PLL Giả sử mạch PLL đạt đươc chế độ khóa pha, VCO đồng với tín hiệu vào Bây ta thay đổi tần số tín hiệu vào hướng lớn tần số VCO VCO bám Tuy nhiên tăng đến giá trị VCO không bám quay tần số tự nhiên ban đầu Tương tự giảm tần số tín hiệu vào nhỏ tần số VCO, giảm đến giá trị khơng thể bám trở tần số tự nhiên Dải giá trị tần số từ thấp đến cao nói gọi dải khóa: Dải khóa BL (Lock range): ký hiệu BL = fmax -fmin dài tần số mà PLL đồng tần số fo vàfi Các tần số fmax, fmin tần số cực đại cực tiểu mà PLL thự khóa pha Dải khóa phụ thuộc vào hàm truyền đạt (độ lợi) tách sóng pha, khuếch đại VCO Nó khơng phụ thuộc vào đáp tuyến lọc LPF PLL khóa pha fi -fo = Khi PLL chưa khóa pha: fi ≠fo Khi PLL khóa pha: fi =fo Ở chế độ khóa pha, dao động fo VCO bám đồng fi dải tần số khóa BL rộng dải tần số bắt BC Ví dụ: VCO khóa pha PLL có tần số tự nhiên 12MHz Khi tần số tín hiệu vào tăng lên từ 0Hz vịng PLL khóa giá trị 10MHz Sau tiếp tục tăng lên mât khóa pha 16MHz Hãy tìm dải bắt dải khóa Ta lặp lại bước bắt đầu với tần số tín hiệu vào có giá trị cao sau giảm dần Hãy tính thành phần mà PLL thực khóa pha khóa pha 62 Dải bắt BC = f2 f1 = 2(12 - 10) = 4MHz Dải khóa BC = fmax fmin = 2(16 – 12) = 8MHz Đáp ứng PLL có tính đối xứng, nghĩa tần số tự nhiên nằm trung tâm dải khóa dải bắt Do giảm tần số tín hiệu đến 14MHz PLL thức khóa pha Tiếp tục giảm tần số tín hiệu vào đến giá trị 8MHz PLL bắt đầu khóa pha 3.Ứng dụng PLL PLL đóng vai trò quan trọng kỹ thuật truyền số liệu, kỹ thuật vô tuyến điện, kỹ thuật đo lường điện tử dùng nhằm biến đổi tần số, sau ứng dụng cụ thể: 3.1 Tách sóng tín hiệu điều tần Khi chọn tần số dao động tự ωo = ωt(tần số tải tần), ud tín hiệu cần tách sóng Hình 8.3 Mạch giải điều chế FM dùng PLL 3.2 Điều chế tín hiệu số FSK Dùng MODEM để truyển tín hiệu số đường điện thoại(tương tự), dùng phương pháp khố dich tần FSK, hai bít 1, khố tần số khác nhau, ví dụ 950hz=0;1050hz=1, PLL cấu tạo cho tần số dao động tự ωo nằm tần sốđiều chế, để ωo bám tần số, điện áp tỉ lệ với tần số vào Ví dụ với bít 1(1050hz), điện áp Ud lớn, bit 0(950hz), tín hiệu Ud nhỏ≅0 Như Ud biểu diễn tín hiệu nhị phân, hay PLL điều chế tín hiệu nhị phân, tín hiệu truyền đường tương tự 4.Đo, kiểm tra, cân chỉnh thông số mạch 4.1 Chuẩn bị 4.1.1 Chuẩn bị linh kiện Chuẩn bị linh kiện sau: Tụ 104 Tụ 10nF,1 tụ 3.3nF Điện trở 40K,1 điện trở 4k7 IC VFC32 Bộ nguồn +/-15VDC 63 4.1.2 Chuẩn bị dụng cụ, testboard Chuẩn bị dụng cụ sau: Mỏ hàn, Chì hàn, nhựa thơng Testboard Dây nối Kìm cắt, kìm kẹp, nhíp Bộ nguồn DC Máy phát hàm VOM 4.2 Lắp ráp mạch 4.2.1 Lắp ráp mạch testboard Lắp ráp mạch testboard sơ đồ nguyên lý sau: 4.2.2 Đo ngắn mạch Dùng VOM đo hai đầu CN1, CN2 nguồn +/-15VDC xem có chạm nguồn hay khơng 4.3 Cấp nguồn 4.3.1 Chỉnh nguồn, áp phù hợp Chỉnh nguồn +/-15VDC cung cấp cho mạch 4.3.2 Cấp tín hiệu cho mạch Sau chỉnh nguồn, cấp tín hiệu điện áp DC từ 0-10V cho mạch thông qua CN1 4.4 Đo đạc cân chỉnh 4.4.1 Đo đạc tín hiệu Chỉnh tín hiệu ngõ vào 5VDC Quan sát đo tín hiệu CN2 4.4.2 Cân chỉnh thơng số yêu cầu Thay đổi điện áp ngõ vào từ 0-10V Vẽ dạng sóng ngõ CN2 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ xuân Thụ [2] Đặng văn Chuyết [2] Lê Phi Yến Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 Giáo trình kĩ thuật mạch điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 Kỹ thuật điện tử, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM 65