CHUONG 12 TACH SONG 12.1 Khái niệm về tách sĩng
Tách sĩng là quá trình tìm lại tín hiệu điều chế Tín hiệu sau khi tách sĩng phải giống dạng tín hiệu điều chế ban đầu Thực tế, tín hiệu điều chế w, sau khi qua điều chế và qua kênh truyền dua đến bộ tách sĩng đã bị méo dạng thành ¿` Do méo phi tuyến trong
bộ tách sĩng, nên sau khi tách sống ta lại nhận được uy khác dạng với Như vậy tín
hiệu thu được sau tách sĩng thường khác với dạng tín hiệu nguyên thủy (tin tức) u, Vì vậy một trong những yêu cầu cơ bản đối với quá trình tách sống là yêu cầu về méo phi tuyến
Tương ứng với các loại điều chế, người ta cũng phân biệt các loại tách sĩng sau đây: tách sĩng biên độ và tách sống tần số 12.2 Tách sĩng biên độ 12.2.1 Các tham số cơ bản 1 Hệ số tách sĩng TÍn hiệu vào bộ tách sống là tín hiệu đã điều biên: an ^ EyTs UvrsŒ)coso = Ữ,coso ứ, ~ˆ^ trong đĩ, Uvrs biến thiên theo quy luật của tin tức Tín hiệu ra bộ tách sĩng biên độ: ms “A Uprs(t) = KpsUyrs{t) với Krs là hệ số tỷ lệ và được gọi là hệ số tách sĩng ~^ ^
„trong đĩ Ủg+s() và Ủvrs() đều gồm cĩ thành phần một chiều và thành phần biến thiên chậm theo thời gian:
m™
Uy qs) = Ùs + u’,
A
Urnrs(t) = ỨC + u"
Thực tế, đối với quá trình tách sĩng chỉ cần quan tâm đến các thành phần biến thiên chậm (mang tin tức) mà thơi, do đĩ thường xác định hệ số tách sống như sau:
Us
Krs = , , (11.1)
us
trong do, u", dac tring cho su bién đổi chậm của điện áp ra theo thời gian, cịn u’, dac trưng cho sự biến ddi c@a biên độ điện áp vào trên bộ tách sĩng
Trang 2Hệ số tách sĩng càng lớn thì hiệu quả tách sĩng càng lớn Nếu trong quá trình tách
sĩng Xrs = const, nghĩa là Xrs chỉ phụ thuộc vào mạch tách sĩng mà khơng phụ thuộc vào biên độ điện áp vào thì ¿", tỷ lệ với z'., do đĩ điện áp ra bộ tách sĩng biến thiên cùng quy luật với biên độ điện áp vào Lúc đĩ bộ tách sĩng khơng gây méo phi tuyến và được gọi là, bộ tách sĩng tuyến tính
2 Trỏ kháng uào của bộ tách sĩng Trở kháng vào bộ tách sĩng là tỈ số giữa biên độ
điện áp cao tần và biên độ dịng điện cao tần đặt vào bộ tách sĩng
U U,
lvrs Toy ‘
._ Trị số của Zvrs cho biết mức độ ảnh hưởng của bộ tách sĩng đến nguồn tín hiệu vào Thơng thường, giữa dịng điện vào ¿„ và điện áp vào u„,, cĩ dịch pha, do đĩ Zr; là một số phức, ta cĩ 1 1 ŸVis Øvrs t+ JOvts ZytTs =
Øvrs làm giảm hệ số phẩm chất của mach ra nguồn tín hiệu, cịn 6,7, làm thay đổi tần số cộng hưởng riêng của nĩ
3 Mléo phi tuyến Giống như trong bộ khuếch đại, méo phi tuyến được xác định như sau: mm re Pag + Trang + k= SO 100% Ws ^^ ^^
trong đĩ ï,„., I„„„; lần lượt là biên độ thành phần dịng điện bậc nhất, bậc hai,
của tín hiệu điều chế
Ỏ đây khơng cần quan tâm đến các dịng điện cao tần (tải tần và hài bậc cao của nĩ), vì trong mạch điện bộ tách sĩng cĩ thể dé dàng lọc bỏ các thành phần này
12.2.2 Mạch điện bộ tách sĩng biên độ
Tích sĩng biên độ được thực hiện nhờ các mạch chỉnh lưu (dùng phần tử phi tuyến) hoặc các mạch dùng phần tử tuyến tính tham số
1 Túch sĩng biên độ bồng mạch chỉnh lưu Cĩ hai sơ đồ tách sĩng dùng mạch chỉnh lưu: sơ đồ tách sĩng nối tiếp và sơ đồ tách sĩng song song Trong sơ đồ tách sĩng nối tiếp (hình 12.1a), điot tách sĩng được mắc nối tiếp với tải, cịn trong sơ đồ tach song song song, diot tach sĩng mắc song song với tải (hình 12.1ị)
Nếu tín hiệu vào đủ lớn sao cho diot làm việc trong đoạn tương đối thẳng của đặc
tuyến và đặc tuyến của điot cĩ thể coi là một đường gấp khúc như trên hình 12.2a thi ta cd quá trình /ớch sĩng tín hiệu lớn Lúc đĩ quan hệ volt—ampe của điot được biểu điễn bởi phương trình (12.3):
Trang 3( Su khi uy 2 0
0 khi zp < 0 (12.8)
tp =
Trong các sơ đồ trên hÌnh 12.1, điot chỉ thơng đối với nửa chu kỳ đương của dao động cao tần ở đầu vào (hỉnh 12.2) Hình bao của dao động cao tần nhận được nhờ sự phĩng nạp của tụ C (hỉnh 12.3)
Hinh 12.L Sơ đồ tách sĩng biên độ bằng mạch chỉnh lưu: a) tách sĩng nối tiếp; b) tách sĩng song song
Sau đây ta sẽ phân tích và tính tốn sơ đồ tách sĩng nối tiếp rồi từ đĩ suy rộng ra
cho sơ đồ tách sống song song
Theo hình 12.1ø và theo biểu thức (12.3) ta viết được biểu thức dịng điện qua điot:
ip = Slug, — Uo) (12.4)
^ ^^
với Ugy = UO + mcosw,t)cosw,t hoặc uạy = Uycosw,t (12.5) ^^ m™
trong đĩ - Ủg = Uy( + mcoso,f) (12.6)
Thay biéu thức (12.5) vào (12.4) ta cd: ip = S(Uy,coset —u,) (12.7) Biét rang khi w,¢ = 6 thi i, = 0, thay vào (12.7) sẽ cĩ biểu thức (12.8) 0 = S(Ữ,,eos8 - u,) (12.8) Từ (12.8) ta tính được gĩc dẫn điện của điot: ụ cos9 = —>~— (12.9) Usy Từ (12.7) và (12.8) ta rút ra: in ~ SU y,(cosw,t — c0s6) (12.10)
Mat ki.ac, vi đồng qua “ot 14 mét day xung hinh sin (hinh 12.2), nén co thé khai
trién i, theo chudi Furier nhw sau: "
^ ^ ^
Trang 5SR cos8 = ——(sinØ Øcos9) hay 7 tg) -9= SR „ (18.18) Vậy theo (12.15) gĩc dẫn điện Ø chỉ phụ thuộc vào tham số
cha mach dién (S,R) ma khong “e
phụ thuộc tín hiệu vào Do đĩ cĩ thể kết luận: tách sơng tín hiệu lớn là tách sĩng khơng gây méo phi tuyến Nếu giả thiết Ø = = thi ^ a 2 >t SUy, SUgp O|
l=—x—.l= ~ø”> và biểu Tình 123 9 thị thời sian điên á a ote Ea aE soy acs tie
thức dịng qua điot (của mạch inh 123 Dồ thị thời gian điện áp ra ue trên tải bộ tách sĩng nồi tiếp tách sĩng) viết dưới dạng chuỗi Furier cho trường hợp @ = 90°:
^ _1ạn
in = SG + seosoj _ 2 > " a cos2nw,t)
hay thay (12.6) vào, ta cĩ:
; ^ 1 1 22 ( 1)"
in = SU, + meosw t) {= + goose t —Z 2) Frwy coset ` (12.16)
Từ (12.16) nhận thấy rằng: Phổ của dịng điện ¿_ gồm cĩ các thành phần: mộtchiều; W505 0, + wo; nw, + w, Thong thường ø, >>xo, nên các thanh phanw; w,
nw, + w, duge lọc bỏ dễ dàng nhờ một mạch lọc thong thấp, chỉ cịn lại thành phần hữu
mSŨ ,
ich: i, = ———coswt Một lần nữa lại thấy rằng tách sĩng tín hiệu lớn khơng gây méo VÌ
Trang 6dạng điện áp ra tái gần với dạng hình bao của điện áp cao tần ở đầu vào Thơng thường, biên độ điện áp vào lớn hơn 1V hiệu dụng và # > F, RE, thì cĩ thể tách sĩng được điện áp đỉnh Tuy nhiên cũng khơng được chọn r quá lớn để tránh méo do điện dung tải gây ra Diều kiện tổng quát để chọn r:
—— << RC<<
wo, ow,
(12.17)
Trường hợp chọn C quá lớn làm cho vế thứ hai của bất đẳng thức (12.17) khơng thỏa mãn thì điện áp ra khơng biến thiên kịp với biên độ điện áp vào, gây méo tín hiệu (hình
12.4) Để tránh hiện tượng này phải chọn trị số tụ C sao cho tốc độ biến thiên của điện áp
ra u, tối thiểu bằng tốc độ biến thiên của biên độ điện áp vào trong thời gian phĩng của tụ C, nghĩa là ^^ du aU, I——I dt t=t >]— at | t=t (12.18) Quá trình phĩng của tụ được miêu tả như sau: A , ‘ uo = UgyexP(—po) , voir =t—-t, du Oy, Do do | We | v=o = Re (12.19) Từ biểu thức (12.6) suy ra A “A | aa a{U,[1 + mcos(w,t’ + ø)} | dt? v=0 at t=0 dỗ, ^^ hay | Ua | = mw, Using (12.20) dt’ v=0 trong đĩ là gĩc pha đầu Thay (12.19) và (12.20) vào (12.18) ta cĩ: 1 mo,sing (12.21) —— = ————————————- RC 1 + mcosp
Dao ham vé phai của bất đẳng thức (12.21) theo ø và xét đấu, sẽ thấy rằng vế phải cuc dai khi cosp = —m tiic sing = v1 — m2 Do do diéu kién (12.21) duge viét lai nhu sau: 1 mw,v1 — m? _ mw RC t—-m? V1 =m? 1 —m? hoặc - PC < ———— (12.22) mo, s
Vay tích RC phải chọn sao cho điều kiện (12.22) thỏa mãn với mọi tần số điều chế và với hệ số điềư chế lén nhất (:„.„) Thực hiện điều kiện đớ, chính là thực hiện vế phải của
Trang 7.bất đẳng thức (12.17) Thực tế, thường chon RC theo điều kiện (12.23) 10 1 — <RC< @ (12.23) t O smax
Muốn dễ dàng thỏa mãn (12.23), phải đâm bao , 2 1000,,,
Trong hai sơ đồ trên hình 12.1, sơ đồ tách sĩng nối tiếp cĩ
R
dién tré vao (R, = 3) lớn hơn
điện trở vào của sơ đồ tách sĩng R song song (R, = aC Ngồi ra, ‘ \ —o
trên tải của sơ đồ tách sĩng song nĩc ca Le
song cịn cĩ điện áp cao tần, do đĩ 4
phải đùng bộ lọc để lọc bỏ nĩ Vì cv tte
những lý do đĩ, nên sơ.đồ tách — Hình 125 Sơ đồ tách sĩng song song ghép với tải tầng trước sống song song chỉ được dùng (ngăn điện áp một chiều đưa ra tải tách sĩng) trong trường hợp cần ngăn thành
phan một chiều từ tầng trước đưa đến (hình 12.5)
9 T6ch sĩng biên độ dùng phần từ tuyến tỉnh tham số Để làm vì dụ, xét bộ tách sĩng
biên độ dùng mạch nhân tương tự trên hình 12.6 Trên đầu vào thứ nhất của mạch nhân cĩ tín hiệu cần tách sống:
bay = U,(1 + meosw,t)cosw,t (12.24)
Trên đầu vào thứ hai đặt vào một tải tin: u, = Ủjeos(œj# + ø) : (12.25) Trên đầu ra sẽ cĩ tín hiệu: u, = gp tt, K K: hệ số nhân của mnạch nhân tương tự = 2, 1 + mcosw,t (1 + mcosw,t)cosp + KU; Re) cos(2u,£ + ø) (12.26) ty = Dùng mạch lọc thơng thấp cớ thể tách ra thành phần hữu ích: KU? 2 * lu (1 + mcosw,f)cosp (12.27) Từ (12.26) và (12.27) cĩ thể rút ra những nhận xét sau đây:
= Trong phổ điện áp ra khơng cĩ thành phần tải tần Thực tế, do mạch nhân khơng hồn tồn đối xứng, nên phổ điện áp ra cĩ chứa tải tần với biên độ nhỏ
Trang 8— Muốn tách sớng được, điện áp u, đặt ở đầu vào thứ hai của mạch nhân phải cĩ tần SỐ
bằng tần số tải tin của tín hiệu đã điều biên
& — Biên độ điện áp đầu ra bộ tách sĩng phụ
thuộc vào gĩc pha ø, với ọ là gĩc lệch pha giữa tín hiệu cần tách sống và tải tin phụ Khi g
= 0; x, biên độ cực đại; khi p = ‘bien độ + ” , a bằng khơng Như vậy, bộ tách sĩng này vừa cĩ - Hinh og nach ban ong tự tính chọn lọc về biên độ vừa cĩ tính chọn lọc về
pha Nĩi cách khác, đớ là bộ ¿ách sĩng biên độ — pha Do đĩ, để tách sống cĩ hiệu quả, cần
Trang 9Nĩ được dùng để tách sĩng tín hiệu hình trong máy thu hình Khi tách sĩng tín hiệu hình, cần đặc biệt lưu ý đến méo phi tuyến, vÌ tải tần màu 4,43MHz và tải tần đường tiếng ð,5MHz trộn với nhau tạo ra các tần số 1,07MHz và các hài n 1,07MHz sé gay nhiễu cho đường hình Mạch tách sĩng này cĩ thể loại bỏ các nhiễu do
Đầu vào bộ tách sĩng là tải tin đường hình đã được điều biên Phổ của nĩ được biểu điễn bởi biểu thức tổng quát của nĩ là
an
a, (0 = {50080 gf + Fooly + w,)é] (12.28)
(gồm tải tin và một biên tần trên) trong đĩ, Dy - tan s6 tai tin;
w, - tan sé diéu ché; m -hé36 diéu ché
Tin hiéu vao u, g được đồng thời đưa đến bộ hạn biên và bộ chuyển mạch Qua bộ hạn
biên và mạch lọc thơng dải sẽ tách ra được tải tần chưa điều chế:
^
Uigo = KU, cos, ot (12.29)
K- hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của bộ hạn biên và bộ lọc
Ugo điều khiển chuyển 4S, CE)
mạch sao cho điện áp vào uy hoặc được truyền hồn tồn đến
đầu ra chuyển mạch hoặc bị ngắt theo đúng nhịp của tải tần Như œø )
Trang 101 3
u,(t) = UipS2 => A G,, {1 + mcosw.t + g£os2, ví + 1
+ mcos(2øy + w,)t - grcos(2ø ~ ằœ.)# (12.810)
Khi dùng hàm 6,(2), điện áp ra ngồi thành phần mong muốn œ, cịn cĩ các thành
phần một chiều; tải tần Ors biên tần trên của nĩ Or + w,; ham bac 2 của tải tần 20, cing
với các biên tần 201, + œ, Nếu dùng hàm S„,(), điện áp ra khơng chứa tải tần Wp va bién tan trén 0y + 0, Các thành phần cịn lại cĩ biên độ lớn gấp đơi so với trường hợp dùng S,() Trong cả hai trường hợp, dùng bộ lọc thơng thấp ở đầu ra dễ dàng lọc bỏ được các thành phần khơng mong muốn
Hình 12.7ư cho một ví dụ về vi mach (A240, TDA440) làm việc theo nguyên tắc vừa - nêu: điện áp vào ø, , dua đến bộ khuếch đại tải emito gdm T,, T;, sau dd d&n bộ khuếch đại
_vi sai Tạ, Tạ 7, đĩng vai trị métngudn dong Dién 4p ra trén R, va R, cha b6 khuéch dai vi
sai được hạn chế biên độ nhờ các diot D, va D, D, va D, mac song song với mạch cộng hưởng L,C; nhằm lọc bỏ các hài bậc cao, lấy ra tai tần chưa điều chế Uigo đưa vào tầng
khuếch đại tải emito TT; rồi đến bộ chuyển mạch gồm Tp + T¡¿- Bộ khuếch đại vi sai Ta; T¡¿ làm nhiệm vụ khuếch đại Ug: Nhờ các điện trở Ryo, Ry, mắc trong mạch emito, để mở
rộng phạm vi làm việc tuyến tính của mạch Hai bộ khuếch đại vi sai T;7 và T;ạT,¡ được
điều khiển bởi tải tin chưa điều chế Ugo đưa từ bộ hạn biên đến VÌ biên độ Uigo khá lớn,
nên các bộ khuếch đại vi sai này làm việc ở chế độ khĩa 7;„ là nguồn dịng Nguyên lý làm
việc của tầng chuyển mạch được minh họa bởi sơ đồ tương đương trên hình 12.9 1 1g <= s2.” Te _ | fe = R Ug Ugo} Ti ° | Ty 7 I | v hà | "To | u(t)
Hình 129 Sơ đồ tương đương tầng chuyền mạch của bộ tách ging biên độ trên hình 12/7 _
Do mác chéo colecto của Ty va Tyo, nén tang chuyén mach co ham truyén dat S,(¢)
của một dãy xung chữ nhật cĩ cực tính thay đổi như biểu diễn trên hình 12.8
Điện 4p ra u(t) lay trén Ry khong đối xứng Hạ áp trên #, khơng được dùng đến, do _ đớ thực tế khéng can mac R, trong mạch Khi thay đổi chiết áp R„„ thì dong điện của
nguồn dịng 7¿ thay đổi, nhờ đớ cĩ thể thay đổi được mức trắng của tín hiệu video
12.2.3 Hiện tượng phách và hiện tượng chèn ép trong bộ tách sĩng biên độ Trường hợp trên đầu vào bộ tách sĩng biên độ cĩ hai dao động cảo tần (tín hiệu và
Trang 11thiếu) thì trong bộ tách sĩng xảy ra hiện tượng phách và hiện tượng chèn ép 1 Hiện tượng phách Giả thiết các điện áp đặt vào bộ tách sĩng biên độ: ^ u,= U,cosw if uy = Õ;eoso.t Do đớ điện áp tổng: iP = (0 + 02(Ð = )cosfo,t + @()]
VÌ u, và u; cĩ tần số khơng cố định, nên biên độ
của véc tơ tổng khơng cố định Tại một thời điểm bất kỳ
ta cĩ véc tơ tổng # như trên hình 12.10 Nếu coi ứ) đứng yên, thì z„ quay quanh Ú' với vận tốc gĩc w,, do đĩ
Aw = w, — w, Ap đụng hệ thức lượng trong tam giác thường, ta tÌm được: Ti) = VO? + 03 + 20,0 ,cosdut U,sinAwt / _ P(t) = aretg G, + Oycoshot Hình 1210 Dồ thị véc tơ của các điện áp ; đặt vào bộ tách sĩng biên độ
VÌ bộ tách sĩng biên độ khơng cĩ phản ứng đối với ce
_ pha của điện áp đặt vào, nên để xét kết quả ra trên bộ tách sớng khơng cần quan tâm đến
git) "
Nếu giả thiết bộ tách sĩng khơng cĩ quán tính đối với tần số hiệu Aœ nghĩa là Awa >> R
thì điện áp ra trên tải bộ tách sống theo định nghĩa:
Oars = KrsOyrs = Kr
= K,UVv1+—2 +2—cos(Awt) (12.32)
Ữ? 1 Ũ 1
Như vậy, điện áp ra biến thiên theo tần số hiéu Aw De la hién tugng phach
Hiện tượng phách được ứng đụng trong điện báo đẳng biên Tín hiệu báo đẳng biên sau khi tách sống là điện áp một chiều, đo đĩ nĩ khơng cớ tác dụng đối với tai nghe VÌ vậy để tách sĩng tín hiệu điện báo đẳng biên cĩ tần số œ¡, cịn đưa thêm tin hiệu ngoại sai cĩ tần số œ; vào bộ tách sĩng sao cho Àø = œ; — œ¡ nằm trong phạm ví âm tần để tai ta cĩ
thể nhận biết được
2 Hiện tượng chèn ép Trường hợp hai dao động tác động lên bộ tách sĩng cĩ biên độ chênh lệch nhau nhiều thì hiện tượng phách trở thành hiện tượng chèn ép
Trong biểu thức (12.32), đặt
x= YE +2 —< coshw.t
Trang 12^ ^
Nếu giả thiết U, << Ú; thìx << 1
Áp dụng biểu thức gần đúng, ta viết lại biểu thức (12.32) như sau: “~~ ^^ —— UŒ) = KrgU,V1 ++x, ^ = Xrsữ( + sỡ + đ cosAw?) “A “A u3 A = Krs(U + Sẽ + U,cosAwt) (12.33) 1 Từ (12.33) suy ra tín hiệu ra đối với từng tín hiệu vào ư; và u; Ủyrs, = XrsÙ); do đĩ re, = Ấịc A Ủ, .RTS2 ey = =K TS 2U, z =K TS2 ? Ũ do đĩ K+s› , do dd TS2 = K acy TS 2U, y
vig 1? đy nên Krs, >> Xạs;, nghia là khi trên đầu vào bộ tách sĩng biên độ cĩ
hai dao động cao tần biên độ khác nhau nhiều thì trong quá trình tách sĩng cớ hiện tượng
tín hiệu lớn chèn ép tín biệu bé Hiện tượng này biểu hiện tính chọn lọc theo biên độ của bộ tách sĩng Vậy khi nhiễu cĩ biên độ nhỏ hơn nhiều so với biên độ tín hiệu hữu Ích thì rõ ràng tác dụng chọn lọc rất cớ lợi Tuy nhiên khi tín hiệu nhỏ hơn nhiễu, phải chú ý nâng cao mức tín hiệu để tránh hiện tượng tín hiệu bị nhiễu chèn ép
12.3 Tách sĩng tín hiệu đơn biên
Túách sĩng tín biệu điều chế đơn biên thường được thực hiện nhờ mạch điều chế vịng Tín hiệu đơn biên với tần số: ø, + œ, đặt lên một đầu vào của mạch điều chế vịng, tải tin
phụ với tần số œ, được tạo ra ở đầu thu được đưa đến đầu vào thứ hai của mạch Trên đầu ra mạch điều chế vịng là tín hiệu cĩ tần số: œ, và 20, + œ, Nhờ một mạch lọc thơng thấp
lấy ra được thành phần mong muốn với tần số œ Vấn đề chính ở đây là việc tạo ra tải tin phụ ở đầu thu sao cho tần số của nĩ hồn tồn đồng bộ với tần số của tải tin đầu phát (trước điều chế) Dể làm điều đơ, thường người ta lọc lấy tài tin đã bị nén trong tín hiệu hữu ích đã thu được, rồi khuếch đại và hạn biên để cớ tải tin đủ lớn đem cộng trực tiếp với tín hiệu đơn biên hoặc đưa đến bộ tao tai tin phụ ở đầu thu để thực hiện đồng bộ
12.4 Tách sĩng tín hiệu điều tần
12.4.1 Khái niệm
Tích sĩng tín hiệu điều tần là quá trình biến đổi độ lệch tần số tức thời của tín hiệu
đã điều tần so với tần số trung bình thành biến thiên điện áp ở đầu ra
Trang 13định được hệ số truyền đạt như sau: đAƒ_ Aƒ=0 (12.34) Tách sĩng tần số | Us và tách sớng pha thường được thực hiện theo một trong những nguyên tắc sau đây: 1 Biến tín hiệu „ 7
diéu tan hoac diéu pha thanh tin hiéu diéu bién
rồi thực hiện tách sĩng A
biên độ - :
2 Bién tin hiéu Hinh 12.11 Dac tuyén truyén dat cua bd tach sing tn số
diéu tan thanh tin hiéu
điều chế độ rộng xung rồi thực biện tách sĩng tín hiệu điều chế độ rộng xung nhờ một mạch tích phân
3 Làm cho tần số của tín hiệu cần tách sĩng bám theo tần số của một bộ tạo đao
động nhờ hệ thống vịng giữ pha PLL (Phase locked loop), điện áp sai số chính là điện áp cần tách sĩng
ˆ12.4.2 Mạch điện bộ tách sĩng tần số
Trang 14Uge = U,coslwy,t + @Œ) + øạyl = Uycose¡(Ð) ^ “N u ch U,cos(w.t + @g;) = U;cos2;Œ) Điện áp đặt lên hai bộ tách sĩng biên độ (điot D;, D,) tương ứng là: nN ms Up, = U,cos[wo,t + Plt) + Yo] + Uxcosort + Po) nN ms
Upz = —U,coslwy,t + @Œ) + @ạ¡] + ;cos(œạz‡ + Po)
Điện áz ra tương ứng trên hai bệ tách sống biên độ xác định được theo đồ thị véc tơ hinh 12.120 an * ^ 2 2 NAN Ltt) = uy, = KygU py = KqgVU2 + U2 + 20, T,cosdg(e) (12.35a) ^ “A VỀ + 02 - 20.0 coshott) ỨnG) = uo = KạsDps = KrsVŨ} + Ứ2 — 20,;cosAp@) (12.355) trong đĩ, +s là hệ số truyền đạt của bộ tách sĩng biên độ, xác định theo biểu thức (12.36) v uy _ mu, Ag(t) la hiệu pha của hai điện áp vào: ApŒ) = (ạt — @g¿)£ + #) + Đại — ŸQạ Diện áp ra trên bộ tách sĩng: Us = Uy) — H2 “A max ^^ ^ As
= KạelVÕ} + 3 + 30,Ơ,eosAp(Ð - Vo? + U2 - 2U,U,cosAp(o)] (12.37)
Vậy trị tức thời của điện áp ra trên bộ tách sĩng phụ thuộc vào hiệu pha của tín hiệu
điều pha và tín hiệu chuẩn Trường hợp øạ; = @ạ; và Yo = Poo thi dién 4p ra chi cdn phu
thuộc vao pha cua tin hiéu vao ¢(é)
Nếu øại = œạ; và tín hiệu vào khơng phải là tín hiéu diéu ché pha, nghia 1a p(t) = 0 thì điện áp ra cĩ biểu thức sau đây:
uy = KV + Ø2 + 2Ø, ,cosAp, - Ve + l2 _ 2Ø, ;cosA,] (12.38) Theo (12.37), đặc tuyến truyền đạt của bộ tách sĩng pha cân bằng , = ƒ(Aø2) là một
hàm số tuần hồn theo hiệu pha, nĩ cực đại khi
Ap, = 0; 2x; 4z; , cực tiểu khi Ag, = 1%; 3x; ðx; và bằng khơng khi
Ay, = (2n + ve (với n = 0, 1, 2, )
Nguyên lý làm việc của mạch này dựa vào sự so pha của hai dao động giống như trong
mạch tách sĩng đồng bộ Vì vậy cĩ thể dùng mọi sơ đồ tách sĩng đồng bộ để tách sĩng pha
2 Bộ tách sĩng tần số dùng mạch lệch cộng hưởng Trên hình 12.13 là sơ đồ bộ tách
Trang 15sống tần số dùng mạch lệch cộng hưởng Đầu vào hai bộ tách sĩng biên độ (D, D„) là hai mạch
cộng hưởng được điều chỉnh cộng hưởng tại các tần số œ¡ và œ; Nếu gọi tần số trung tâm của tín
hiệu điều tần đầu vao law, = w, thì 01 = 0 + A0; 02 = 0 — A0“ D Nưn st c¬ L L Ugo! L { ETS oT lb Hinh 12.13 Mach dién bộ tách sĩng tần số dùng mạch lệch cộng hưởng —> >
Sự điều chu#n mạch cộng hưởng lệch khỏi tan s6 trung binh của tín hiệu vào làm biên
độ điện áp vào của hai bộ tách sớng biên độ (Ú,,,) thay đổi phụ thuộc vào tần số điện áp
vào Từ mạch điện hÌnh 12.13 ta xác định được: (12.39a) + + U,=muUyZ, ; “Aw (12.390) om U, = mU 472, M trong đĩ, m là hệ số ghép của biến áp vào; m = T Z¡ và Z; là trở kháng của hai mạch cộng hưởng 7 và 2 Tương tự như biểu thức (11.53), ta tính được R R Z¡= td! _ tđi Sụng “90, 1 + 29; ———] ven? 1+ €&-§,) (12.40a) ứ) 1 : R R Z = = ( —@2) 2 =- Alaa < (12.400) 1 + [2Q, ———] 1 + (€, + &) 2
Rau Rịa; lần lượt là trở kháng của hai mạch cộng hưởng tại tần số cộng hưởng ø\, @ư+;
Q¡; Q2 là phẩm chất của các mạch cộng hưởng tương ứng
Trang 16@ —=(Œ)
¿=2 Jo = | là độ lệch tần số tương đối giữa tần số tín hiệu vào va tần số trung
ằœ
bình 5
Theo (12.40) khi tần số: tín hiệu vào œ thay đổi thì Z,, Z¿ thay đổi, kéo theo sự thay đổi của biên độ điện áp vào v, va Ũ, nghĩa là quá trình biến đổi tín hiệu điều tầu thành
tín hiệu điều biên đã được thực hiện Qua bộ tách sĩng biên độ, ta nhận được các điện ái: Ta: + ~ Rigi tại = KrsD) = KrgmD, ————————, (12.412) ` v1+ 5-8)" ^ ^ Riaz v1 + (&, +&) Diện áp ra tổng: “= us) — usp xựnR0, 0Œ, gy ), t đĩ (8,6) rong ys.) = - ” vVi+Œ-£Ð2 VI +E +8? Y=Vmax khi 6 = +6 Độ dốc của đặc tuyến truyền đạt được xác định như sau: du “A dụŒ,£ ) S:= đAf_ Aƒ=o - | = KrsemDUaưRa ——— | đề ÿ=0 Aw KxesmR.4U, 2 = TS td“ dt So 52 (12.42) i, (1 + &) Vậy hệ số truyền đạt của bộ tách sĩng pụ thuộc vào £ Đạo hàm (12.42) theo £, và
xét cực trị, ta thấy S5; = Sm„„ khi š, = tử Vậy muốn cĩ hệ số truyền đạt cực đại, phải chọn lượng lệch tần s6 Aw, theo điều kiện sau đây:
œ 1 œ
Ao, =——=+——_— "2q 2V Q (12.43)
Tách sĩng dùng mạch lệch cộng hưởng cĩ nhược điểm là khĩ điều chỉnh cho hai
mạch cộng hưởng hồn tồn đối xứng nên ít được dùng
3 Túch sĩng tần số dùng mạch cộng hưởng ghép Mạch điện bộ tách sĩng tần số dùng
mạch cộng hưởng ghép được biểu diễn trên hình 12.14 Mạch điện làm việc theo nguyên tac:
chuyển biến thiên tần số thành biến thiên về pha, sau đĩ thực hiện tách sĩng pha nhờ bộ tách sĩng biên độ Tín hiệu điều tần một, mặt được ghép qua biến áp đưa đến mạch dao động thứ cấp, một mặt được ghép qua tụ Con Do dé dién ap dat lén cdc diot D, va D, lan lugt:
Up, = U, + Ua _ A12.44a)
Up2 = U, + Ux (12.44)
Trang 17Ta phan biệt 3 trường hợp:
+ Khi tần số tín hiệu vào ƒ = f, (dd thị véc tơ hình 12.18 trong đĩ ƒ„ là tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng sơ cấp và thứ cấp, dịng điện qua điện cảm ¡ chậm pha so
với Ứ, một gĩc 90” và được xác định như sau: ĩị =——— (12.45) “ JwL, ⁄% oo Day ï 23L z^⁄ Ễ-2 92E-~; : MỂ:/ Ott Jy 6:25 | Ø O5 4 45 2 S b)
Hinh 12.14 a) soy dO bG tach séng tần số dùng mạch cộng hưởng ghép;
b) đặc tuyến truyền đạt của bộ tách sĩng a)
T,, gây ra trong cuộn thứ cấp L„ sức điện
động:
Ey =JjeMI,, (12.46)
Gia thiét M > 0, nén Ey sớm pha so voi ly) mét géc 90° Ey, sinh ra dong T, trong mạch cộng hưởng thứ cấp VÌ ƒ = ƒ,, nên 1, đồng pha với Ey
_ i, = &£ —“ (12.47)
ry
r„ là điên trở tổn hao của mạch cộng hưởng
¡ cấp Diện ap Ty, và Ty, nguge pha với n
thi cap Dien 4p U3, va U2, ngược pha vai mhaw 1.5 72:75, 98 thi véc tơ các đĩng điện và điện
và léch pha so vdi J, 1a + 90° Vi Uy, va Up, cd áp Văo của bộ tách sĩng tần số dùng biên độ như nhau, nên điện áp ra " mạch cộng hưởng ghép ” ˆ
uy = Krs(UUi ~ Ứp;) = 0
+ Trường hợp ƒ > ƒ„ (đường đứt nét trên đồ thị vĩc tơ hình 12.15) Mạch cộng hưởng thứ cấp mang tính chất điện cảm, nên 1, chậm pha so với Ey một gĩc @ < 90° Ủy và Uy, ngược pha nhau va vuéng géc vdi I, Gitta U, va U,, U,, cd géc léch pha lần lượt là ø¡ và
# — ?¡- Tần số tín hiệu vào càng lệch khỏi tần số cộng hưởng trung tâm /„ thì biên độ của | Up, | cang lớn hơn biên độ của | Up; |, do đơ trị số điện áp ra ứ, càng lớn
Trang 18+ Trường hợp ƒ < ƒ„ thì mach thứ cấp mang tính chất điện dung, nên I, sớm pha hơn
Eụ, do đĩ |Up,| < |Up,| vàu, < 0 _ _
Tĩm lại, khi tần số tín hiệu vào thay đổi thì đầu mút của véc to Up, và Up, di chuyển trên các vịng trịn 1 va 2 trén hình 12.15 làm cho điện áp ra thay đổi về trị số va cực tính Trị số điện áp ra đặc trưng cho độ lệch tần số của tín hiệu vào so với tần số trung tâm ƒ; cịn cực tính của điện áp ra cho biết tần số tín hiệu vào lệch khỏi tần số trung tâm
về phía nào đớn hơn hay nhỏ hơn f,)
Tính tốn cụ thể theo [6] sẽ nhận được đặc toy#n tai yên đạt bộ tách sống như biểu
W—-W
điễn trên hình 12.14b Trong đĩ £ = 2Q đặc trưng cho độ lệch tần số so với tần số trung tâm và được gọi là độ lệch tần số tương đối; U, la tri s6 chuẩn hĩa của điện áp ra; M B= a hệ số ghép giữa hai mạch cộng hưởng; k = VLL 4 là hệ số ghép tổng quát; 1
d= ụ là hệ số tổn hao của mạch cộng hưởng và Q là hệ số phẩm chất Từ đặc tuyến truyền đạt hình 12.14b rút ra mấy nhận xét sau đây:
+ Hệ số tách sĩng S, phụ thuộc vào hệ số ghép ổ S, = S khi 6 = 0,85 Thường chọn ổ = 1, lúc đĩ S: = Stmax:
+ Khi £ = + /Ø thì đặc tuyến truyền đạt đổi chiều biến thiên Thực tế đặc tuyến chỉ được coi là thẳng trong phạm vi fmax 1 l£l <s8 _ | (12.48) do đơ độ lệch tần số cực đại cho phép ở đầu vào phụ thuộc vào đổ TìK(12.48) suy ra: 29 (fm) < 1, (12.49) fo 2
Af,,- lugng di tAn cuc dai cia tin hiéu vao
Kinh nghiệm cho thấy chọn Ø = 2,04 thi méo phi tuyén nhỏ nhất
Tach song dùng mạch cộng hưởng ghép it gây méo và dễ điều chỉnh, vì cả hai mạch đều cộng hưởng ở cùng tần số ƒ, Tuy nhiên trị số điện áp ra trong bộ tách sĩng này vừa
phụ thuộc tần số vừa phụ thuộc biên độ tín hiệu vào ( | Ú; |), nên nĩ sinh ra nhiễu biên độ
Để khác phục hiện tượng này phải đặt - trước bộ tách sống một mạch hạn chế biên độ 4 Túch sĩng tỷ số (hình 12.16) Bộ tách sĩng tỈ số khác bộ tách sĩng dùng mạch cộng hưởng ghép ở chỗ: các
điot tách sống được mắc nối tiếp Mạch
vừa làm nhiệm vụ tách sĩng vừa làm
nhiệm vụ hạn chế biên độ Hinh 12.16 Sơ đồ bộ tách sĩng tỷ số
Trang 19Dịng qua các điot nạp điện cho tụ C¡ Hằng số thời gian r = RC; =~ (0,1 + 0,2) giây khá lớn, nên điện áp trên C¡ biến thiên rất chậm làm cho nhiễu biên độ giảm Cơ thể chứng minh điều đĩ bằng biểu thức sau đây U, uy, tu V6i up = > = Thay vào, ta cĩ: M = = 2 2 Mại + tuy U, 61/02 — 1 hay u= — Ss 2 — — —— ae (12.50)
Khi U, ~ const, dién dp ra chỉ phụ thuộc vào tỷ số „+ Íw¿2; hơn nữa u,¡ và u,; giống như trong bộ tách sĩng dùng mạch cộng hưởng ghép, phụ thuộc vào biến thiên tần số ở đầu
vào VÌ vậy bộ tách sĩng tỉ số khơng cĩ phản ứng đối với các biến thiên về biên độ ở đầu
vào, nên tránh được nhiễu biên
độ
5 Mạch tách sĩng tra; Teng „2 Ữ Loc 75ng Up
Koinridenz T&ch sdng loai MA/ thop ¥
này hay được dùng trong máy
thu thanh và đường tiếng của mm ¬%¿2 | | | | | |
máy thu hình Nguyên tắc hoạt
động của nĩ được biểu diễn v : Ì of :
trên hình 12.]7 + Si a4
7
_ Đầu vào bộ tách sĩng là | Pp “> -#
tín hiệu điều tần đã được hạn J
biên và cĩ tần số trung tâm Hình 1217 Minh họa nguyên lý tách sĩng Koinzidenz _ Dip: Tín hiệu vào cĩ thể là dãy xung chữ nhật, cĩ biểu thức như sau: 4~ 1 1 Ure = HU tg(cosx — g(os3x + g£0s5x — + ), (12.51) Aw,, trong đĩ, x= Wi ot + —g-sinø./ Ss
_ Tin hiéu vao được đồng thời đưa đến bộ chuyển mạch và bộ di pha Bộ di pha là một khâu #C, trong đĩ R là điện trở tương đương khi cộng hưởng của mạch cộng hưởng EC
Khi tần số tín hiệu vào œ = ø, e (khơng điều chế) thì bộ di pha thực hiện một gĩc pha
Trang 204% s- Khi tần số tin hiéu vao thay déi thi ¢ = = — ø; trong đĩ ø phụ thuộc tuyến tính vào
độ lech tần số Aœ Do đĩ tín hiệu ra sau mach ‘i pha:
^ 1 1
kŨ„[sinœ —p) + ssin3œ —ø)+ Bind -p)+ ], (12.52) trong đĩ, % là hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào tham số của mạch di pha
Yip? diéu khién chuyén mach Tang chuyển mạch cĩ hàm truyền đạt là một dãy xung chữ nhật, cĩ biểu thức:
4A 1 ml
S20) =— =z lsin® —ø)+ gains —ø)+ Randle -p)t+ ] (12.53)
Diện áp ra sau tầng chuyển mạch: u = 1y2.52(Ð) (12.54) Các thành phần tổ hợp khơng mong muốn được loại bỏ nhờ một mạch lọc thơng thấp, do đĩ đầu ra chỉ cịn lại thành phần: 8 AƠ 1 u =~z Á U1, (sing — gsinse +5 sgsinốp + (12.54) 7 Up Biểu thức (12.54) tương đương với chuối Purier của dãy
xung tam giác (hình 12.18) Khi
=5 <ø< 5 thì điện áp ra tỷ lệ với
gĩc pha ọ, do đĩ cũng tỷ lệ với biên độ điện áp điều chế Bộ tách sĩng này hay được dùng để tách sĩng tín hiệu tiếng trong phát thanh và
truyền hình Hình 12.18 Quan hệ phụ thuộc của điện áp ra bộ tách sĩng
Trên hình 12.19 là sơ đồ bộ Koinzidenz vào gĩc pha ý
tách sĩng Koinzidenz dưới dạng vi mạch (A220D, THA120S) Diện áp vào đối xúng (điện áp trung gian) được đưa đến Vị, V; qua tầng khuếch đại tải emito 7¡, 7; đến tầng chuyển -
mạch gồm T7, T,T+, TgT;ạọ đồng thời đến mạch di pha nhờ các điot D,ÐD; Mạch cộng
hưởng được điều chuẩn tại tần số trung gian Wg: Điện áp hạ trên mạch cộng hưởng lệch pha so với điện áp vào một gĩc ý Dé tính tốn gĩc lệch pha ¿ dùng hình 12.20 Các điện dung ghép C là điện dung tương đương của diot varicap Dị và D,
Trang 21R Z4= —————— (12.55) 1 + ;2Q tp Rịa¿- trở kháng tương đương tại tần số cộng hưởng 1 f ang chuyéh mach để dể”, AN om hang \ tibestav “3 F9 ra ty 0 | | | | \ i | | | | | (14s Th | Tr, | Re | Kr ⁄ : | | | 3 NEAT EAT | | Pr ( hp | RH | Gv | /y RY Yas , 24) | i ‘9 To | | | | i | ý K7 Ag | RIS a Zh iv 21 lz Retr I ty 17 Ri7 jot 2 2 7; =‡ a F Sao “hÍ| Íx ef ! 2Š “f | ey || L_— TT S— c= _ U - CS — TA cy —t
Trang 22C 7 2 QAw > wo —~—Rig K—— — aretg ) U, 2 2 a e tg (12.57) Ũy / Am 2 l1 +(2@ ——) Wig Do đĩ , M4 2 Aw ý ~ —— - srctEg 28 ˆ tự 2QA Trường hợp g = nhỏ, ta cĩ biểu thức gần đúng: tự 2Q Aw 2QA p= 5 — aretg đà» 1 w 2 œ “du (12.58) tg tg
Do do cĩ thể coi quan hệ giữa ø và Aœ là tuyến tinh
Điện áp ra của mạch di pha được đặt lên mạch lặp emito 7+; và T, rồi đưa đến tầng
chuyển mạch
Trong tầng chuyển mạch, tín hiệu vào Up được đưa trực tiếp vào bộ khuếch đại vi sai
TạT;ạ Biên độ Uy phải đủ lớn dé 7,7, lam viéc 6 ché d6 khĩa làm cho dịng điện do nguồn dịng T;¡ cung cấp được đưa vào emito của hai tầng khuếch đại vi sai 7 và TT; theo nhịp
của Uy: Trên bazo của các bộ khuếch đại vi sai nay là tín hiệu đã di pha Up: Khác với giả
thiết đã nêu, tín hiệu này khơng phải là đãy xung chữ nhật mà là tín hiệu hình sin, nhưng cĩ biên độ khá lớn làm cho TT; và 7/7; cũng làm việc ở chế độ khĩa Do đĩ tín hiệu ư, Ẽ được đưa đến tầng sau phụ thuộc vào mạch khĩa T7; [ỨC TTT TT — TT”— TT CC 1 T,T, Vi colecto cua T, va T; Ụ | Th yy
được mắc chéo, nên qua tầng Vtg? 1g |
này tín hiệu cịn được đảo dấu [TT tr?
Sơ đồ tương đương trên hình | ir | lứa, Uege| — °
12.21 minh họa nguyên lý làm r„ 7o | ⁄ + 0)
việc của tầng chuyển mạch lái i 2
Sau tang chuyén mach Ut Ỷ
là bộ điều chỉnh âm lượng gồm “22 Ụ |
TH ee
Thay Tịa và Tịa; Tị; Dịng điện
ra I, cua tang chuy€n mach được đưa vào emito của bộ
điều chỉnh âm lượng Diện áp
phân cực của bazo 7; khơng đổi, cịn của bazo T¡¿ thay đổi nhờ tranzistor pnp T;¿ và chiết 4p R49 Sự thay đổi này làm cho sự phân dịng I, cho các tranzistor T¡¿ và T¡; thay đổi và
do đĩ hạ áp trên #¡; (điện áp ra) thay đổi được trong phạm vỉ khá rộng Để giữ cho điện
áp một chiều trên #¡¿ thay đổi Ít, đặt thêm lên F¡; một lượng điện áp một chiều nữa lấy từ T„; Ts, mà trị số của nĩ tỷ lệ nghịch với trị số ban đầu
Khâu FC gồm R,,, C; là một khâu lọc thơng thấp được dùng để lọc bỏ các thành
phần tổ hợp khơng mong muốn
` 1g; Rịgi Dạ + Dạ làm nhiệm vụ ổn áp
Hình 1221 Sơ đồ tương đương tầng chuyền mạch
của bộ tách sĩng hình