TRUYỀN NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG SÓNG VIBA
Truyền năng lƣợng sử dụng sóng viba
Truyền dẫn năng lượng không dây (WPT) là giải pháp tiềm năng cho việc truyền năng lượng đến những khu vực khó khăn như địa hình hiểm trở, hải đảo hoặc từ vũ trụ về Trái Đất WPT có thể thực hiện qua hai phương pháp chính: sử dụng chùm tia laser hoặc chùm tia vi ba công suất lớn Khi sóng điện từ có tần số trong dải sóng vi ba, phương pháp này được gọi là truyền năng lượng bằng sóng vi ba (MPT).
Năng lượng điện từ gắn liền với sự tồn tại và lan truyền của sóng điện từ, và tất cả các lý thuyết về sóng điện từ có thể áp dụng trong nghiên cứu truyền năng lượng không dây (WPT) Sự khác biệt giữa WPT và hệ thống thông tin nằm ở hiệu suất Hệ phương trình Maxwell cho thấy trường điện từ và năng lượng của nó tồn tại theo mọi hướng Mặc dù hệ thống thông tin cũng truyền năng lượng theo mọi hướng, năng lượng bộ thu nhận được chỉ đủ cho việc truyền dẫn thông tin với hiệu suất thấp Vì lý do này, các hệ thống này không được coi là hệ thống truyền năng lượng không dây WPT.
Hệ thống truyền năng lượng không dây (WPT) thường hoạt động theo nguyên lý truyền năng lượng điểm tới điểm, giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền năng lượng cho bộ thu Một trong những ứng dụng nổi bật của WPT qua sóng vi ba là trong việc thu nhận năng lượng mặt trời từ vệ tinh trong không gian, được gọi là SPS (Solar Power Satellite), hoạt động như một trạm phát điện lớn trên quỹ đạo địa tĩnh (GEO) Gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị di động, nhu cầu về công suất tiêu thụ đã giảm, cho phép sử dụng chùm vi ba công suất nhỏ để cung cấp năng lượng cho các thiết bị như hệ thống nhận dạng sóng không dây RF-ID (Radio Frequency Identification) RF-ID là một vi mạch mạnh mẽ, cho phép truyền tải năng lượng và thông tin không dây thông qua sóng vi ba, mở ra nhiều ứng dụng mới cho công nghệ MPT.
Hình 1.1: Một số mô hình vệ tinh SPS.
Các thành phần chính của hệ thống truyền năng lƣợng không dây
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống MPT
Hệ thống MPT được mô tả qua sơ đồ khối trong hình 1.2, bao gồm ba phần chính: khối phát, khối thu năng lượng vi ba và không gian truyền sóng vi ba Khối phát chứa nguồn một chiều DC và bộ dao động OSC, tạo tín hiệu sóng vi ba 2.45GHz, sau đó tín hiệu này được khuếch đại bởi bộ khuếch đại đệm BUF trước khi vào bộ khuếch đại công suất PA Khối thu bao gồm các bộ lọc thông thấp LPF, diode chỉnh lưu, lọc một chiều DC và tải tiêu thụ.
Bộ tạo sóng vi ba
Công nghệ tạo ra bức xạ sóng viba đóng vai trò quan trọng trong hệ thống MPT Để nâng cao hiệu quả cho bộ tạo sóng vi ba và khuếch đại, cần cải thiện hiệu suất so với các hệ thống truyền thông hiện tại Đặc biệt, để tối ưu hóa hiệu quả cho các rectenna, sóng vi ba cần có pha và biên độ ổn định và chính xác, đặc biệt khi sử dụng anten mảng pha trong hệ thống MPT.
Có hai loại thiết bị tạo và khuếch đại sóng viba: ống điện tử và khuếch đại bán dẫn Ống điện tử, như trong lò vi sóng, có khả năng tạo ra và khuếch đại sóng viba lên tới hàng kW với nguồn cung cấp trên 1 KV Trong khi đó, bộ khuếch đại bán dẫn tạo ra tín hiệu viba công suất nhỏ, dưới 100W, với nguồn nuôi khoảng dưới 15V.
Các loại bán dẫn cho WPT hiện vẫn còn đắt đỏ, mặc dù có tranh luận về hiệu suất Các thiết bị ống điện tử có hiệu suất vượt trội (>70%) so với bán dẫn ( 0, sẽ được ánh xạ vào một vòng tròn trong mặt phẳng Γ và hoàn toàn nằm trong vòng tròn đơn vị Tương tự, một đường dây thuần kháng z = jx cũng có những đặc điểm tương tự trong không gian này.
Một đường nằm ngang trong mặt phẳng z được ánh xạ vào một vòng tròn trên mặt phẳng Γ, với một phần của đường tròn này nằm trong vòng tròn đơn vị Đồ thị Smith là một minh họa đồ họa trên mặt phẳng Γ, thể hiện một lưới gồm nhiều đường cong của các vòng tròn điện trở và điện kháng có giá trị hằng nằm trong vòng tròn đơn vị.
Hình 2.10: Ánh xạ r giữa mặt phẳng z và mặt phẳng Γ
Hình 2.11: Ánh xạ x giữa mặt phẳng z và mặt phẳng Γ
Bất kỳ điểm hệ số phản xạ Γ nào nằm tại giao điểm của vòng tròn điện trở và vòng tròn điện kháng (r, x) sẽ cho phép đọc trực tiếp giá trị trở kháng tương ứng dưới dạng z = r + jx Ngược lại, khi biết z = r + jx và cần xác định giao điểm của các đường tròn (r, x), điểm phức Γ có thể được xác định và giá trị của nó được lấy từ các tọa độ cực hoặc tọa độ đề các.
2.2.2 Các đồ thị vòng tròn
Từ các biểu thức quan hệ giữa z và Γ, chúng ta có thể xác định phương trình biểu diễn các vòng tròn đẳng điện trở và đẳng điện kháng trên đồ thị Smith.
Hay ta có thể viết lại các phương trình (2.65) và (2.66) dưới dạng phương trình đường tròn quenthuộc trong chương trình toán phổ thông như sau:
(2.68) Vậy mỗi vòng tròn đẳng r là một vòng tròn trong mặt phẳng phức Γ có: Tâm tại
Hình 2.12 minh họa các đường tròn đẳng r với các giá trị r khác nhau Giá trị r của đường dây luôn dương hoặc bằng 0, do đó chúng ta chỉ xem xét các vòng tròn đẳng r trong khoảng 0 ≤ r < ∞.
Ta có những nhận xét sau:
Khi r = 0 đường tròn r = 0 có tâm tại (0,0) bán kính đơn vị (1) Đây là đường tròn có tâm tại gốc tọa độ của mặt phẳng phức Γ và bán kính là 1
Tất cả 27 giá trị của hệ số phản xạ trên đường tròn này tương ứng với trở kháng đường dây là thuần kháng, bao gồm các trường hợp như đoạn nối tắt, hở mạch, dung kháng hoặc cảm kháng, trong đó thành phần điện trở bị triệt tiêu Chúng ta có thể kiểm chứng rằng khi trở kháng đường dây là thuần kháng hoặc bằng 0 (hay ∞), thì |Γ| sẽ bằng 1.
Khi r = 1, ta có đường tròn đẳng r = 1 đi qua gốc tọa độ của Γ với tâm tại (0.5, 0) và bán kính 0.5 Đường tròn này có tâm nằm trên trục hoành với hoành độ 0.5 Mọi điểm hệ số phản xạ Γ nằm trên vòng tròn tương ứng với trở kháng đường dây có phần thực R bằng trở kháng chuẩn hóa.
Khi r tiến tới vô cùng, đường tròn có tâm tại (1,0) và bán kính 0 sẽ trở thành một điểm trong mặt phẳng phức Γ tại tọa độ (1,0), tương đương với Γ=+1 Điểm này đại diện cho trở kháng của một mạch hở.
Kỹ thuật phối hợp trở kháng và điều chỉnh phối hợp trở kháng
Phối hợp trở kháng là một yếu tố quan trọng trong thiết kế các phần tử và hệ thống vi ba Hình 2.16 minh họa cách một mạng phối hợp trở kháng được đặt giữa trở kháng tải và đường truyền Để đạt hiệu quả tối ưu, mạng phối hợp lý tưởng cần phải không có i.
Phối hợp trở kháng là một yếu tố quan trọng trong việc giảm thiểu tổn hao và tránh mất mát công suất không cần thiết Thiết kế trở kháng vào mạng phối hợp giúp loại trừ các phản xạ trên đường truyền, đặc biệt là về phía bên trái của mạng, mặc dù vẫn tồn tại đa phản xạ giữa mạng phối hợp và tải Quá trình này được gọi là "tuning - điều chỉnh", đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất của hệ thống.
Hình 2.16: Mạng không tổn hao phối hợp một tải với một đường truyền
Công suất tối đa được phát ra khi tải được phối hợp hiệu quả với đường truyền, với giả thiết rằng nguồn cung cấp được điều chỉnh phù hợp, đồng thời tổn hao công suất trên đường cấp (feed line) được giảm thiểu tối đa.
Việc phối hợp trở kháng các thành phần nhạy cảm của máy thu, như anten và bộ khuếch đại nhiễu thấp, giúp nâng cao tỷ số tín hiệu trên nhiễu của hệ thống.
Phối hợp trở kháng trong một mạng phân phối công suất (nhƣ mạng cấp cho mảng anten) sẽ giảm các lỗi về biên độ và pha
Miễn là trở kháng tải ( ) có phần thực khác 0 thì ta luôn có thể xác định đƣợc một mạng phốihợp
2.3.1 Phối hợp trở kháng bằng các phần tử tập trung
Mạch phối hợp trở kháng đơn giản nhất thường là mạch hình chữ L, trong đó sử dụng hai phần tử thuần kháng để kết nối một tải bất kỳ với đường truyền.
Có hai cấu hình cho mạng này nhƣ trình bày trên hình 2.17
Hình 2.17: Mạng phối hợp hình L
(a) Mạng được dùng khi nằm trong vòng tròn 1+ jx
(b) Mạng được dùng khi nằm ngoài vòng tròn 1 + jx
Nếu trở kháng tải chuẩn hóa nằm trong vòng tròn 1 + jx trên đồ thị Smith, thì mạch điện theo hình 2.17(a) sẽ được sử dụng Ngược lại, nếu trở kháng tải chuẩn hóa nằm ngoài vòng tròn 1 + jx, mạch điện theo hình 2.17(b) cần được áp dụng Vòng tròn 1 + jx đại diện cho vòng tròn điện trở trên đồ thị Smith với r = 1.
Trong các cấu hình được trình bày, các phần tử thuần kháng có thể là cuộn cảm hoặc tụ điện tùy thuộc vào trở kháng tải, tạo ra tám khả năng khác nhau cho mạch phối hợp Khi tần số đủ thấp hoặc kích thước mạch đủ nhỏ, các phần tử tập trung như cuộn cảm và tụ điện có thể được sử dụng, cho phép hoạt động ở tần số lên tới 1GHz Tuy nhiên, các mạch tích hợp cao tần hiện đại có thể đạt kích thước nhỏ hơn, cho phép sử dụng các phần tử tập trung ở tần số cao hơn Mặc dù vậy, vẫn tồn tại một phạm vi tần số và kích thước mạch mà tại đó các phần tử tập trung không thể hoạt động, đây là hạn chế của kỹ thuật phối hợp trở kháng bằng đoạn mạch L.
2.3.2 Mạch điều chỉnh phối hợp trở kháng dùng một dây chêm
Kỹ thuật phối hợp sử dụng dây chêm để kết nối với đường truyền chính mang lại nhiều lợi ích trong chế tạo mạch cao tần Dây chêm có thể được thiết kế dưới dạng đường truyền vi dải hoặc dải, dễ dàng điều chỉnh và có dải tần hoạt động rộng Hai tham số quan trọng trong mạch điều chỉnh dây chêm là khoảng cách từ tải đến vị trí dây chêm và trị số điện nạp hay điện kháng Đặc biệt, việc chọn khoảng cách d sao cho dẫn nạp Y có dạng mong muốn là yếu tố quyết định hiệu quả của mạch.
Hình 2.18: Các mạch điều chỉnh phối hợp dùng dây chêm đơn
(a) Dây chêm song song ; (b) Dây chêm nối tiếp
Khi dây chêm tạo ra điện nạp được chọn là −jB, dẫn đến trạng thái phối hợp trở kháng Đối với dây chêm nối tiếp, khoảng cách d được xác định sao cho trở kháng Z nhìn vào đường dây từ tải có dạng + jX Trong trường hợp này, điện kháng của dây chêm được chọn là −jX, dẫn đến trạng thái phối hợp trở kháng.
Nếu ta phân tích theo các trị số chuẩn hóa thì:
Khi tải có dẫn nạp chuẩn hóa với phần thực bằng 1 và phần ảo có giá trị bất kỳ, dây chêm sẽ được mắc ngay tại tải Để đảm bảo giá trị thuần nạp, dây chêm cần có độ dài phù hợp, tùy thuộc vào tình trạng hở mạch hoặc ngắn mạch Tổng dẫn nạp sẽ được xác định trong trường hợp này.
(2.77) Nghĩa là khi đó do đó có phối hợp trở kháng với đường dây
Khi sử dụng dẫn nạp chuẩn hóa (dây chêm song song) có phần thực, chúng ta sẽ di chuyển điểm khảo sát trên đường dây truyền sóng chính từ tải về nguồn một khoảng cách d Mục tiêu là đảm bảo rằng dẫn nạp chuẩn hóa được quan sát từ điểm khảo sát này.
Mắc dây chêm có dẫn nạp chuẩn hóa vào ngay vị trí này trên đường dây chính và chọn chiều dài của dây chêm sao cho
Khi đó dẫn nạp tổng sẽ là:
Nghĩa là ta đã đạt được phối hợp trở kháng giữa tải và đường dây chính
Khi trở kháng tải chuẩn hóa (dây chêm nối tiếp) có phần thực là 6, chúng ta cần di chuyển điểm khảo sát trên đường dây truyền sóng chính từ tải về nguồn một quãng d Tại vị trí này, trở kháng chuẩn hóa sẽ được nhìn nhận từ điểm khảo sát Việc mắc dây chêm có trở kháng vào đúng vị trí này là rất quan trọng.
Khi đó trở kháng tổng sẽ là:
Nếu dây chêm có điện trở đặc tính thì điều kiện phối hợp trở kháng (2.77) và(2.78) trở thành:
Điện nạp của đường dây chính và dây chêm có giá trị tuyệt đối khác nhau tùy thuộc vào khoảng cách từ tải Độ dài của đường truyền hở mạch hay ngắn mạch có thể tạo ra giá trị điện kháng hoặc điện nạp mong muốn, với sự khác biệt độ dài giữa chúng là λ/4 Trong môi trường truyền dẫn như đường truyền dải hay vi dải, dây chêm hở mạch dễ chế tạo hơn vì không cần khoan lỗ để nối đất qua lớp điện môi Ngược lại, trong cáp đồng trục hay ống dẫn sóng, dây chêm ngắn mạch thường được ưa chuộng do diện tích mặt cắt của nó có thể gây bức xạ, làm cho dây chêm không còn thuần kháng nữa.
2.3.3 Điều chỉnh phối hợp trở kháng hai dây chêm
Mạch điều chỉnh phối hợp trở kháng sử dụng dây chêm có khả năng phối hợp với bất kỳ trở kháng tải nào có phần thực khác không, nhưng yêu cầu độ dài đường truyền giữa tải và dây chêm phải điều chỉnh theo trở kháng tải Điều này không gây khó khăn cho mạch phối hợp cố định, nhưng có thể tạo ra thách thức cho mạch cần khả năng điều chỉnh.
Phối hợp trở kháng bằng dây chêm kép, sử dụng hai dây chêm ở vị trí cố định, có thể áp dụng trong các mạch điều chỉnh thường được chế tạo dưới dạng cáp đồng trục với dây chêm điều chỉnh song song Mặc dù mạch điều chỉnh dây chêm kép không thể phối hợp tất cả các trở kháng tải, nhưng hình 2.19(a) cho thấy tải có thể ở khoảng cách bất kỳ từ dây chêm đầu tiên Hình 2.19(b) thể hiện mạch điện dễ làm việc hơn khi tải được chuyển đổi về vị trí dây chêm đầu tiên mà không làm mất tính tổng quát Dây chêm song song được trình bày trong hình 2.19 dễ thực hiện hơn so với dây chêm nối tiếp, mặc dù về nguyên tắc, dây chêm nối tiếp vẫn có thể được sử dụng Trong mọi trường hợp, các dây chêm có thể là hở mạch hoặc ngắn mạch.
Hình 2.19: Mạch phối hợp dây chêm kép
(a) Mạch ban đầu có tải ở khoảng cách bất kỳ kể từ dây chêm thứ nhất
(b) Mạch tương đương có tải nằm tại dây chêm thứ nhất.
TẠO DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
Giới thiệu chung
Mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu, được chia thành hai loại chính: dao động điều hòa, sản sinh tín hiệu dạng hình sin, và dao động tích thoát, tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, xung nhọn, tam giác và vuông.
Mạch dao động điều hòa được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin, máy đo, máy kiểm tra và thiết bị y tế Chúng hoạt động hiệu quả trong dải tần từ vài Hz đến hàng nghìn MHz Để tạo ra dao động, các phần tử tích cực như đèn điện tử, transistor lưỡng cực (BJT), transistor trường (FET), bộ khuếch đại thuật toán, hoặc các phần tử đặc biệt như diode Tunel và diode Gunn có thể được sử dụng.
Các tham số cơ bản của mạch tạo dao động bao gồm tần số tín hiệu ra, biên độ điện áp ra, độ ổn định tần số, công suất ra và hiệu suất Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu quả hoạt động của mạch.
Có thể tạo dao động điều hòa theo 2 nguyên tắc cơ bản sau:
Tạo dao động bằng bộ khuếch đại có hồi tiếp dương
Tạo dao động bằng phương pháp tổng hợp mạch.
Điều kiện dao động
Xét sơ đồ mạch khuếch đại có hồi tiếp sau:
Hình 3.1: Sơ đồ mạch khuếch đại có phản hồi cơ bản
Trong sơ đồ, khối khuếch đại có hệ số khuếch đại, trong khi khối hồi tiếp có hệ số truyền đạt Khi tín hiệu được đưa vào đầu vào và giả thiết rằng có sự tương quan giữa các yếu tố này, ta có thể phân tích được mối quan hệ giữa chúng.
Theo giả thiết, tín hiệu vào và tín hiệu ra của mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp có biên độ và pha bằng nhau, cho phép nối các đầu a và a’ mà không làm thay đổi tín hiệu ra Điều này cho thấy mạch tự tạo ra tín hiệu, dẫn đến sơ đồ khối của mạch tạo dao động hoạt động theo nguyên tắc hồi tiếp dương.
Vậy điều kiện để có dao động là tần số của mạch phải thỏa mãn:
(3.1) và là các số phức nên:
- Module hệ số khuếch đại
- Module hệ số hồi tiếp
- Góc di pha của bộ khuếch đại
- Góc di pha của mạch hồi tiếp
Có thể tách biểu thức (3.1) thành hai biểu thức: một biểu viết theo module (3.3a) và một biểu thức viết theo pha (3.3b):
Tổng dịch pha của bộ khuếch đại và mạch hồi tiếp thể hiện sự chênh lệch pha giữa tín hiệu đầu ra của mạch hồi tiếp và tín hiệu đầu vào ban đầu.
Điều kiện cân bằng biên độ (3.3a) chỉ ra rằng mạch chỉ có thể dao động khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại đủ để bù đắp tổn hao do mạch hồi tiếp gây ra Trong khi đó, điều kiện cân bằng pha (3.3b) cho thấy dao động chỉ xảy ra khi tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu vào.
Các đặc điểm cơ bản của một mạch tạo dao động:
Mạch dao động là một loại mạch khuếch đại tự điều khiển, sử dụng hồi tiếp dương từ đầu ra trở lại đầu vào Năng lượng cần thiết cho sự tự dao động được cung cấp từ nguồn điện một chiều.
Muốn có dao động, mạch phải có kết cấu thỏa mãn điều kiện cân bằng biên độ (3.3a) và điều kiện cân bằng pha (3.3b)
Mạch phải chứa ít nhất một phần tử tích cực làm nhiệm vụ biến đổi năng lƣợng một chiều thành xoay chiều
Mạch phải chứa một phần tử phi tuyến hay một khâu điều chỉnh để đảm bảo cho biên độ dao động không đổi ở trạng thái xác lập ( )
Mạch dao động tần số cao
Ðể tạo sóng tần số cao người ta thường đưa vào hệ thống hồi tiếp các mạch cộng hưởng LC
3.3.1 Mạch tạo dao động cộng hưởng Để tạo dao động tần số cao thường sử dụng các mạch dao động cộng hưởng Hình 3.2là sơ đồ tổng quát của mạch dao động cộng hưởng là các phần tử điện kháng, có thể là dung kháng hoặc cảm kháng Tại tần số cộng hưởng thì
Hình 3.2: Sơ đồ tổng quát của mạch dao động cộng hưởng Để tính toán các điều kiện dao động ta sử dụng mô hình nhƣ hình 3.3
Hình 3.3:a) Mô hình mạch dao động cộng hưởng b) Mạch hồi tiếp
Giả sử rất lớn đối với (thường được thỏa mãn vì rất nhỏ)
Theo hình 3.3b ta tính đƣợc hệ số hồi tiếp:
(3.4) Để xác địnhhệ số khuếch đại (độ lợi) khi có tải của mạch khuếch đại ta sử dụng hình 3.4
Hình 3.4: Xác định hệ số khuếch đại (độ lợi) khi có tải của mạch khuếch đại
Vì nên trong sơ đồ hình 3.4 ta có
40 Điện áp đầu ra bộ khuếch đại:
- Là hệ số khuếch đại không tải khi không hồi tiếp
Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại khi có tải:
Hệ số khuếch đại vòng:
(3.9) Tại tần số cộng hưởng:
Giải phương trình ta tìm được tần số cộng hưởng Điều kiện trở thành điều kiện:
(3.11) Giả thiết các trở kháng là thuần kháng:
Theo điều kiện cân bằng pha, để đạt được hồi tiếp dương, tổng di pha do mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp phải bằng không Theo điều kiện cân bằng biên độ, khi áp dụng vào hệ thống, ta có thể suy ra các mối quan hệ cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định của mạch.
, mặt khác tại tần số cộng hưởng có vậy nên trái dấu với Từ đó ta suy ra hai loại mạch ba điểm:
Mạch ba điểm điện cảm (mạch Hatrley):
Mạch ba điểm điện dung (mạch Colpits):
(3.14) Tùy theo là tụ điện hay cuộn cảm và tính chất của mạch khuếch đại, ta có các mạch dao động sau:
Bảng 3.1: Các mạch dao động cộng hưởng
Ta xem mạch dùng JFET
Hình 3.5: Mạch dao động Colpits dùng JFET
So sánh với mạch tổng quát:
- Tụ liên lạc ngỏ vào làm cách ly điện thế phân cực
Cuộn chận cao tần (Radio-frequency choke) có đặc điểm nội trở không đáng kể nhưng lại có cảm kháng rất lớn ở tần số dao động, giúp cách ly tín hiệu dao động khỏi nguồn cấp điện.
Kết quả trên cho thấy mạch khuếch đại phải là mạch đảo và độ lợi vòng hở phải có trị tuyệt đối lớn hơn
- Là độ lợi không tải:
Do rất lớn tại tần số cộng hưởng, nên:
Hình 3.6: Mạch dao động Colpits dùng BJT
Dao động Clapp là một biến thể của mạch dao động Colpitts, trong đó cuộn cảm được thay thế bằng mạch LC nối tiếp Ở tần số cộng hưởng, tổng trở của mạch này chủ yếu thể hiện tính cảm kháng.
Hình 3.7: Mạch dao động Clapp dùng JFET
Tại tần số cộng hưởng:
Để đảm bảo mạch có tính cảm kháng ở tần số dao động, trị số của nó cần phải nhỏ, thường là nhỏ nhất trong và gần như chỉ phụ thuộc vào cách mắc nối tiếp.
Người ta cũng có thểdùng mạch clapp cải tiến như sau:
Hình 3.8: Mạch dao động Clapp dùng BJT
Cũng giống nhƣ dao động colpits nhƣng vị trí của cuộn dây và tụ hoán đổi nhau
Hai cuộn cảm mắc nối tiếp nên điện cảm của toàn mạch là: với là hỗ cảm
Hình 3.9: Mạch dao động Hartley dùng JFET
Tại tần số cộng hưởng:
Với L là điện cảm của cả cuộn dây và
Ta cũng có thểdùng mạch cực thu chung nhƣ sau:
Hình 3.10: Mạch dao động Hartley dùng BJT
Mạch dao động điều chỉnh
Mạch dao động điều chỉnh thường được sử dụng phổ biến ở tần số trên 100KHz, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tần số của bộ dao động và hoạt động như một mạch phản hồi Việc sử dụng mạch có hệ số phẩm chất Q cao giúp tạo ra tín hiệu sin với độ méo thấp, trong khi các thành phần khuếch đại thường sử dụng linh kiện tích cực như BJT và FET.
3.4.1 Mạch dao động điều chỉnh dùng FET
Hình 3.11: a) Mô hình mạch dao động điều chỉnh dùng FET b) Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ
Mô hình của mạch dao động điều chỉnh dùng FET đƣợc đƣa ra trong hình 3.11(a) và mô hình tương đương của mạch đó với tín hiệu nhỏ (Hình 3.11(b))
Từ hình 3.11(b) ta thấy điện thế phản hồi cũng là , độ lợi mạch khuếch đại vòng hở đƣợc xác định nhƣ sau:
Trong đó: là trở kháng tải:
(3.30) Điện trở thường có giá trị rất lớn rất lớn, vì vậy không ảnh hưởng đến trở kháng
Hệ số phản hồi đƣợc xác định nhƣ sau:
(3.31) Độ lợi mạch khuếch đại vòng kín:
Nếu , và hoàn toàn là thuần kháng: , và , biểu thức (2.32) đƣợc viết lại nhƣ sau:
Tổng độ di pha của độ lợi vòng kín bằng không khi phần ảo của (3.33) bằng không Khi đó tại ta có:
Biểu thức (3.34) xác định tần số dao động, Tại tần số có độ lợi vòng kín(3.33) đƣợc viết lại nhƣ sau:
Để mạch dao động hoạt động hiệu quả, hệ độ lợi vòng kín phải đạt giá trị 1 tại tần số dao động và lớn hơn 1 khi khởi động Điều này đòi hỏi các thành phần trong mạch phải có cùng dấu Nếu một thành phần có tính chất dung kháng, thì thành phần khác cũng phải có tính chất dung kháng, từ đó suy ra tính chất cảm kháng của mạch.
Mạch dao động Pierce FET, như mô tả trong hình 3.11(a), bao gồm dung kháng và cảm kháng Tần số của mạch dao động này được tính theo công thức (3.34).
Ở tần số độ dịch pha qua thành phần khuếch đại là -180°, điều này cũng yêu cầu độ dịch pha qua mạng phản hồi phải đạt -180° Độ di pha có thể được xem xét như sau, theo công thức (3.3.1).
Mẫu số cần có tính chất cảm kháng tại tần số được xác định từ (3.39) Gọi thành phần trở kháng tương đương của mẫu số là , kết hợp với điều kiện (3.36) để có được kết quả cần thiết.
(3.41) Điều này cho thấy rằng pha của là -180°
Từ điều kiện (3.35) ta có:
Mô hình mạch dao động sử dụng FET mắc theo kiểu source chung thường được sử dụng, với cặp tụ điện đóng vai trò như thành phần ngắn mạch ở tần số dao động Điện trở máng được thay thế bởi cuộn cảm tần số vô tuyến (RFC), giúp ngăn chặn tín hiệu dao động ra khỏi nguồn cung cấp một chiều nhờ trở kháng lớn của nó Mô hình AC, RFC hở mạch, và tín hiệu từ FET tới mạch phản hồi trở lại lối vào FET được thể hiện trong mạch lặp vòng kín Các thành phần thụ động trong mạch điều chỉnh cung cấp phản hồi dương ở tần số dao động, với trở kháng tương hỗ được thêm vào giữa các thành phần, thể hiện bởi trở kháng của cặp cuộn dây.
49 Ở đây k là hệ số ghép (0