báo cáo bài tập lớn đề tài mô phỏng bộ tạo dao động ở tần số 700 mhz cho 5g sub band bằng phần mềm ads

Chúng được sử dụng rộng rãi làm xung nhịp Clock signal hoặc tín hiệu định dạng xác định trong nhiều thiết bị điện tử, từ máy phát đồng hồ đơn giản nhất đến các thiết bị kỹ thuật số như m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Học phần: Điện tử tương tự 2

Đề tài: Mô phỏng bộ tạo dao động ở tần số 700 MHz cho 5G sub

band bằng phần mềm ADS

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Anh Quang

Lê Việt Đ

20193127

20192777

Điện tử 03 – K64 Điện tử 06 – K64

Hà Nội, tháng 01 năm 2023

Mục Lục

I Giới thiệu chung 3

II Lý thuyết bộ tạo dao động hồi tiếp dương 4

III Mạch mô phỏng và kết quả mô phỏng 6

1 Các thông số mô phỏng 6

2 Kết quả mô phỏng 8

I Giới thiệu chung

 Bộ tạo dao động (dao động tử) chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ nguồn cung cấp thành tín hiệu dòng điện xoay chiều (AC) Chúng được

sử dụng rộng rãi làm xung nhịp (Clock signal) hoặc tín hiệu định dạng xác định trong nhiều thiết bị điện tử, từ máy phát đồng hồ đơn giản nhất đến các thiết bị kỹ thuật số như máy tính và thiết bị ngoại vi phức tạp, các Hệ thống điều khiển trong các thiết bị công nghiệp và gia dụng các

cỡ Ví dụ phổ biến về tín hiệu được tạo bởi bộ dao động bao gồm tín hiệu được phát bởi đài phát và truyền hình, tín hiệu đồng hồ điều chỉnh máy tính và đồng hồ thạch anh, và âm thanh được tạo ra bởi tiếng bíp điện tử

và trò chơi video

Hình 1: Một số Ic tạo dao động

 Qua môn điện tử tương tự 2 chúng em được học về những mạch dao động điện tử và đứng trước thời kì bùng nổ internet tại Việt Nam mạng 5G đã và đang được phổ biến rộng rãi trên cả nước Chúng em đã chọn

đề tài “Mô phỏng bộ tạo dao động ở tần số 700 MHz cho 5G sub band bằng phần mềm ADS” việc chọn đề tài này giúp sinh viên hiểu rõ hơn việc các tín hiệu đầu vào được tạo ra như thế nào, là kiến thức thú vị và khác biệt với các mạch điện tử khác mà sinh viên đã học làm việc với tín hiệu đầu vào có sẵn để tạo ra đầu ra tương ứng

Hình 2: Các băng tần quan trọng và số lượng các nhà khai thác đầu tư vào 4G LTE

hoặc 5G trong băng tần thấp

II Lý thuyết bộ tạo dao động hồi tiếp dương

1 Khái niệm bộ tạo dao động

- Dao động tử điện tử hay mạch dao động điện tử là mạch điện tử tạo ra tín hiệu điện tử dao động tuần hoàn có dạng sóng xác định Trong nhiều trường hợp các mạch đơn giản tạo ra sóng vuông Các mạch tạo sóng dạng sin, dạng răng cưa hay dạng đặc biệt khác thì có mạch phức tạp để duy trì hình dạng và độ ổn định của sóng phát ra

- Bộ tạo dao động chuyển đổi một đầu vào DC (điện áp cung cấp) thành đầu ra AC (dạng sóng), có thể có một loạt các hình dạng và tần số sóng khác nhau có thể phức tạp về bản chất hoặc sóng hình sin đơn giản tùy thuộc vào ứng dụng

- Dao động cũng được sử dụng trong nhiều thiết bị thử nghiệm tạo ra sóng hình sin, hình vuông, răng cưa hoặc hình tam giác hoặc chỉ là một chuỗi xung có chiều rộng thay đổi hoặc không đổi Bộ tạo dao động LC thường

được sử dụng trong các mạch tần số vô tuyến vì đặc tính nhiễu pha tốt và

dễ thực hiện

- Một Oscillator cơ bản là một Amplifier với “Phản hồi tích cực”, hoặc phản hồi tái sinh (trong giai đoạn) và là một trong nhiều vấn đề trong thiết kế mạch điện tử được dùng khuếch đại từ dao động trong khi cố gắng để có được dao động dao động

Hình 3: Ví dụ mạch tạo dao động

- Bộ tạo dao động hoạt động vì chúng khắc phục được tổn thất của mạch cộng hưởng phản hồi dưới dạng tụ điện, cuộn cảm hoặc cả hai trong cùng một mạch bằng cách áp dụng năng lượng DC ở tần số cần thiết vào mạch cộng hưởng này Nói cách khác, bộ tạo dao động là bộ khuếch đại sử dụng phản hồi tích cực tạo ra tần số đầu ra mà không sử dụng tín hiệu đầu vào

- Do đó, Dao động là các mạch tự duy trì tạo ra dạng sóng đầu ra định kỳ ở tần số chính xác và để bất kỳ mạch điện tử nào hoạt động như một bộ tạo dao động, nó phải có ba đặc điểm sau: Một số hình thức khuếch đại; Phản hồi tích cực (tái sinh); Tần số xác định mạng phản hồi

2 Lý thuyết mạch tạo dao động hồi tiếp dương

- Nguyên tắc tạo dao động: dùng hồi tiếp dương và mạch tổng hợp

- Công dụng của linh kiện:

+ Phần tử tích cực: biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng xoay chiều

+ Phần tử hồi tiếp: có nhiệm vụ duy trì năng lượng xoay chiều

- Điều kiện của mạch dao động:

+ Phần tử tích cực có hệ số khuếch đại:

K = + Phần tử hồi tiếp có hệ số khuếch đại:

=

là góc di pha của phần tử tích cực

là góc di pha của phần tử hồi tiếp

+ Điều kiện cần và đủ để mạch tự tạo ra tín hiệu:

= = 1 Trong đó

III Mạch mô phỏng và kết quả mô phỏng

Đề tài: Mô phỏng bộ tạo dao động ở tần số 700 MHz cho 5G sub band

1 Các thông số mô phỏng

Bộ tạo dao động gồm 2 tầng chính: 1 tầng khuếch đại và 1 tầng hồi tiếp

a Tầng hồi tiếp

Để có thể hoạt động tốt và ổn định được ở tần số cao nên chọn tầng hồi tiếp là Hartley oscillator (2 L và 1 C)

Hình 4: Hartley oscillator Tính toán:

Yêu cầu mạch dao động với f=700MHz

Chọn L1 = 10 pH và L2= 30pH

f =

=> C1 = 1500(pF)

Ta có hệ số hồi tiếp

Từ đó ta có: và

b Tầng khuếch đại

Điều kiện để có dao động điều hòa



Để có thể đáp ứng được tần số cao f = 700 MHz nên cần sử dụng 0

JFET ở tầng khuếch đại

Vì hệ số khuếch đại âm và độ lệch pha nên chọn JFET phân cực chung S

Hình 5: Mạch S chung phân cực theo phân áp

K = -6

-g Rm D = -6

Chọn R = 1.5 kOhm nên ta có g = 4 mS.D m

Mạch S chung nên ta có:

Từ đó: =>

Chọn R = 1 kOhm nên R 50 Ohm1 2

Chọn V = 5 V => DD

Chọn điểm Q có

2 Kết quả mô phỏng

- Mạch mô phỏng

Hình 6: Mạch mô phỏng bộ tạo dao động

- Kết quả mô phỏng

Hình 7: Kết quả mô phỏng mạch từ 0ns đến 50 ns

Hình 8: Kết quả mô phỏng mạch từ 100ns đến 150ns

Ở khoảng thời gian đầu, tín hiệu dao động chưa ổn định Sau đó, tín hiệu

đã dần dao động ổn định với Có tần sô , chuẩn với giả thiết đề tài cho