0

Vo tuyen 2004 .pdf

40 2,633 2
  • Vo tuyen 2004 .pdf

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 16/08/2012, 14:34

Chia sẻ kiến thức về vô tuyến. 1Mở đầu 1. Định nghĩa tuyến điện là khoa học về thu phát sóng điện từ đi xa không dùng đường dây. Hiện nay, tuyến điện được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học và đời sống như trong truyền thanh, truyền hình, thông tin vệ tinh, thông tin vũ trụ ., trong quốc phòng (radar), điều khiển các quá trình công nghệ trong sản xuất, đo lường và xử lý số liệu, trong viễn thám, dự báo khí tượng . 2. Yêu cầu - Tín hiệu truyền đi hoặc thu nhận phải trung thực (không méo). Trong khi đối với các ngành năng lượng khác như điện kỹ thuật thì yêu cầu về hiệu suất là một vấn đề cần thiết. Còn đối với tuyến điện thì trái lại, chất lượng hình ảnh, âm thanh là yêu cầu hàng đầu. - Nâng cao độ nhạy máy thu hoặc xử lý tín hiệu chìm trong phông nhiễu. Hiện nay, việc chuyển dần từ truyền tin tương tự sang dạng số (điện thoại số, truyền hình số .) đã đảm bảo được chất lượng hình ảnh âm thanh, có thể ghép nối máy tính và mạng quốc tế. 3. Lịch sử phát triển Để có được những thành tựu như ngày nay, tuyến điện đã phải trải qua một giai đoạn phát triển lâu dài. Có thể kể ra một vài cột mốc phát triển: - 1820, Osted phát minh ra sự tương tác giữa dòng điện và nam châm. - 1826, định luật Ohm ra đời. - 1831, phát minh ra định luật Faraday (tương tác điện từ, cảm ứng điện từ trường) và cho rằng sóng điện từ được truyền đi với một vận tốc hữu hạn và cho rằng cần có một môi trường truyền dẫn lực điện từ. - Tiếp đến Maxwell tính toán các phương trình truyền sóng và tính được vận tốc truyền sóng εµ=cv c tốc độ ánh sáng ε hằng số điện môi µ hằng số từ môi Ông cũng cho rằng cần có một môi trường truyền dẫn (ete). Nhưng những thí nghiệm không chứng minh được sự tồn tại của chất ete. - 1888, Hez đã chứng minh được sự tồn tại sóng điện từ. - 1896, Popov đã truyền và thu được tín hiệu phát đi cự ly ngắn (250m). - 1901, Lebedev đã chứng minh được sự tồn tại năng lượng ánh sáng, tức là 2chứng minh ánh sáng như một dạng tồn tại của vật chất). - 1904, phát minh ra đèn hai cực (diode chân không). - 1906, phát minh ra đèn ba cực. - 1922, chế tạo ra chất bán dẫn. - 1948, transistor ra đời. - Tiếp theo các mạch tổ hợp IC, các máy tính điện tử, thông tin vũ trụ . Phải khẳng định một điều là những nghiên cứu khoa học về vật liệu cũng như các ngành khoa học khác (truyền sóng, trang thiết bị đo lường . ) đã giúp cho tuyến điện có điều kiện phát triển như ngày nay. Về ngành tuyến điện bản thân cũng cần nghiên cứu phát triển như: xây dựng thiết kế lý thuyết mạch, lý thuyết điều khiển, lý thuyết ổn định, nghiên cứu xác suất trong lĩnh vực xử lý tín hiệu . điều chế, số hóa, mã hóa và giải phóng thông tin. Nghiên cứu ứng dụng ở các băng tần số khác nhau. 4. Các băng sóng tuyến Loại sóng Bước sóng λ (m) Tần số f (MHz) Sóng dài > 3000 < 0,1 Sóng trung 3000 ÷ 200 0,1 ÷ 1,5 Liên lạc trong bầu khí quyển, trên mặt đất Sóng ngắn 200 ÷ 10 1,5 ÷ 30 Sóng mét (cực ngắn) 10 ÷ 1 30 ÷ 300 Trái đất, vệ tinh Sóng dm 1 ÷ 0,1 300 ÷ 3000 Băng C, Ku, liên lạc tàu vũ trụ về trái đất Sóng cm 0,1 ÷ 0,01 3000 ÷ 30000 Liên lạc giữa các tàu vũ trụ Sóng mm 0,01 ÷ 0,001 30000 ÷ 300000Hiện nay thu tín hiệu từ vệ tinh có hai dải băng tần: băng C (3,35 ÷ 4,15 GHz), băng Ku (10,95 ÷ 11,75 GHz). Liên lạc vệ tinh - trái đất phải tránh hai đỉnh hấp thụ bởi hơi nước (22,2 GHz) và oxy (60 GHz). 5. Sơ đồ khối trạm thu phát tuyến Bản thân âm thanh tiếng nói không truyền đi xa được. Dải âm tần 20Hz ÷ 3,2KHz. Muốn truyền âm thanh đi xa cần phải gửi sóng âm vào sóng cao tần thuộc băng sóng tuyến mang năng lượng cao. Quá trình đó gọi là quá trình điều chế. Còn giải điều chế là quá trình tách sóng. Phát cao tần ω Điều chế Khuếch đại âm tần Ω âm thanh từ micro KĐCS cao tần Khuếch đại cao tần Tách sóng Khuếch đại âm tần Khối máy phát Khối máy thu 3 Tiền khuếch đại Băng Ku (10,95 ÷ 11,75) GHz Băng C (3,35 ÷ 4,15) GHz Ăng ten parabol Phối hợp đầu vào Bộ lọc dải Trộn tần Bộ lọc dải Máy phát Heteroin Khuếch đại trung tần Máy thu vệ tinh cab 75Ω MT 900 Trong máy thu vệ tinh còn hai lần chuyển đổi tần số xuống 612MHz rổi xuống70MHz đưa vào tivi 4Chương 1 Các mạch tuyến tính 1.1 Tín hiệu Tín hiệu là biểu hiện vật lý của tin tức. Ví dụ: - Tín hiệu âm tần là dòng điện biến đổi theo quy luật của âm thanh. Tiếng nói → micro → dòng điện I → khuếch đại ra loa. - Tia sáng → tế bào quang điện → dòng iΦ→ biết được bản chất tia sáng chiếu tới. - Tia phóng xạ → ống đếm → xung điện → bản chất tia phóng xạ. Như vậy, mọi tín hiệu vào có thể là không phải tín hiệu điện nhưng để có thể đo lường, xử lý và điều khiển cần được chuyển sang tín hiệu điện. 1.1.1 Tín hiệu tuần hoàn Là tín hiệu mà sau mỗi khoảng thời gian xác định, giá trị của nó được lặp lại f(t) = f(t +T) T chu kỳ (s) f = 1/T tần số (Hz) Tín hiệu tuần hoàn đơn giản nhất là tín hiệu sine đơn sắc điều hòa A(t) = Amsin(ωt+ϕ) hoặc A(t) = Amcos(ωt+ϕ) ω tần số góc, ω=2πf=2π/T ϕ pha ban đầu ωt+ϕ pha tức thời Mọi tín hiệu tuần hoàn phức tạp đều có thể phân tích thành chuỗi Fourie của các tín hiệu điều hòa. 1.1.2 Tín hiệu không tuần hoàn Là tín hiệu không lặp lại sau những khoảng thời gian nhất định. Tín hiệu không tuần hoàn đơn giản nhất là xung đơn (hay còn gọi là hàm đơn vị) ≥<==η0tkhi10tkhi01)t(t Hàm đơn vị chậm τ được kí hiệu là: τ≥τ<==τ−ητ−tkhi1tkhi01)t(t 1.2 Các phần tử cơ bản của mạch điện 1.2.1 Phần tử tuyến tính và phi tuyến t 101(t) t 101(t) τ 51.2.1.1 Phần tử tuyến tính Là các phần tử không phụ thuộc vào I và U constIURRR== constdtdIUILLL==φ= constUdtIUqCCCC===∫ 1.2.1.2 Phần tử phi tuyến Ngược với tuyến tính, là các phần tử phụ thuộc vào I và U. Nhiều khi, các linh kiện điện tử là phần tử tuyến tính hay khong còn tùy thuộc vào các điều kiện tác động bên ngoài. Chẳng hạn như các dụng cụ bán dẫn, khi chịu tác động của các tín hiệu nhỏ thì là phần tử phi tuyến. Nhưng khi tín hiệu lớn thì là phần tử phi tuyến. 1.2.2 Mạch tuyến tính và mạch phi tuyến 1.2.2.1 Mạch tuyến tính Là mạch chỉ bao gồm những phần tử tuyến tính. Quá trình tương tác điện được biểu diễn bằng phương trình vi phân tuyến tính: 0edxxcxbxa =++++&&&&&& Các hệ số a, b, …d, e không phụ thuộc vào x, nghĩa là không phụ thuộc vào I, U 1.2.2.2 Mạch phi tuyến Là mạch chứa các phần tử phi tuyến, các hệ số của phương trình vi phân trên phụ thuộc vào I và U. Ví dụ: Từ thông φ của cuộn dây không tuyến tính theo I → L = f(I) Diode, I không tuyến tính theo U → RDiode phi tuyến Đặc tính của mạch tuyến tính là tuân theo nguyên lý chồng chất, khi tác động đồng thời các suất điện động εi lên mạch thì U = ΣUi I = ΣIi Khi tác động vào mạch tuyến tính một phổ phức tạp sẽ không sinh ra phổ mới. 1.2.3 Các mạch tập trung, phân bố và điều kiện chuẩn dừng Các phần tử RLC được mắc tập trung trong một mạch điện hoặc một tổ hợp mạch với kích cỡ của mạch là l. Nguồn ε hoặc I tác động lên mạch có bước sóng λ. Nếu λ >> l thì mạch hoặc tổ hợp mạch trên được gọi là mạch tập trung và điều kiện trên được gọi là điều kiện chuẩn dừng. Các mạch điện ta khảo sát sẽ thỏa mãn điều kiện chuẩn dừng. Các mạch không thỏa mãn điều kiện trên được gọi là mạch phân bố (đường dây, cab φ I I U 6truyền, ống dẫn sóng…). Để giải quyết những bài toán cho mạch phân bố ta phải sử dụng phương trình toán lý với những điều kiện biên cụ thể. Các mạch tập trung có thể biểu diễn bằng các phương trình vi phân xây dựng dựa trên hai định luật Kirchhoff về thế hiệu và dòng điện. Xét từng phần tử tập trung R, L, C riêng rẽ (khi cho I = I0sinωt hoặc U = U0sinωt). Các phần tử này là các phần tử tuyến tính vì giá trị của chúng không phụ thuộc vào điện thế hoặc dòng điện. Nhưng thực tế, chúng là các phần tử phi tuyến nhưng mức độ phi tuyến bé, và các thông số trở kháng của chúng đều phụ thuộc vào tần số. 1.2.3.1 Điện trở R constIURRR== Dòng và thế cùng pha. Nếu cho I = I0sinωt thì U = U0sinωt, và U0 = RI0 1.2.3.2 Tụ điện C C/IZIUC1Z)2tsin(IC1IdtC1CqU0C00C0Cω==ω=π−ωω===∫ Nhưng trên thực tế giữa hai má cực tụ C có tồn tại một lớp cách điện (giấy, không khí, gốm, sứ, bán dẫn) nên tồn tại một điện trở. Có thể xem tụ với sơ đồ tương đương là tụ nối tiếp hay song song với điện trở. Cn mắc nối tiếp Rn - Ở đây Rn rất nhỏ → sinδ ≈ δ tgδ ≈ δ tgδ = Rn / ZCn = ωRnCn - Dòng sớm pha hơn thế một góc ϕ ≤ π/2 - δ chính là góc lệnh pha giữa thế trên hai má tụ (thực tế) và thế khi tụ là lý tưởng (R=0) Cn mắc song song Rn - Tương tự như trên R// rất lớn → δ rất nhỏ tgδ = (1/R//) / (ωC//) = 1/ ωR//C// - δ chính là góc lệnh pha giữa dòng I thực tế và I qua tụ lý tưởng Độ phẩm chất Q PWQC= W = Uhd . I hd công suất kháng P = Uhd . I hd . (sinδ ≈ δ) công suất tiêu thụ, phụ thuộc vào tính chất cách điện của lớp điện môi IR R C IC IC UC Cn Rn C// R// A B A B ABI nCUnRU ABU ϕδ//CIABI ABUϕ δ //RI 7 → nn////CCR1CR1Qω=ω=δ= Đối với tụ xoay C = aϕ + C0 (C0 là tụ khi ϕ = 0, ϕ là góc quay) Vậy đối với khung thì tần số riêng của khung phụ thuộc vào góc quay ϕ: 0Ca1L1LC1+ϕ==ω Đối với tụ varicab, gốm áp điện hay điện dung lớp tiếp xúc p-n C = C0eaU phụ thuộc phi tuyến vào U. Điện dung Varicab hay được dùng để điều khiển tần số. 1.2.3.3 Cuộn cảm L - )2tsin(LIdtdiLU0Lπ+ωω== dòng điện trong cuộn cảm chậm pha π/2 so với thế. - Thực tế cuộn cảm L còn tồn tại điện trở RL Vì vậy, đặc trưng của cuộn cảm còn có thêm 3 thông số: + Điện trở cuộn dây RL và công suất tiêu tán P + Giá trị của RL tăng theo tần số + Độ phẩm chất: LLRLQω=, d đường kính dây δ=dRR0L, δ độ xuyên sâu hiệu ứng skin σπµ=δf1 µ từ thẩm f tần số σ độ dẫn điện Để cách điện thường phủ một lớp email cách điện. 1.3 Phương pháp phổ - Nguyên lý chồng chất 1.3.1 Phổ của hàm tuần hoàn Xét tín hiệu tuần hoàn f(t) f(t) = f(t+T1) T1 chu kỳ f1 = 1/T1 tần số ω1 = 2πf1 tần số góc Có thể phân tích hàm tuần hoàn phức tạp trên thành chuỗi Fourie )ntsinbntcosa(2a)t(f1n1n1noω+ω+=∑∞= n: số tự nhiên L C C U L i = I0sinωt UL IL L RL 8 Với ∫−==2/T2/Toodt)t(fT12ac ∫−ω=2/T2/T1ntdtncos)t(fT2a ∫−ω=2/T2/T1ntdtnsin)t(fT2b Nếu đặt cn2 = an2 + bn2 , tgϕn = bn/an thì an = cncosϕn và bn = cnsinϕn Ta được )tncos(cc)t(fn1n1noϕ−ω+=∑∞= Hoặc dưới dạng phức )tn(j1nnon1ecc)t(fϕ−ω∞=∑+= Như vậy, từ một hàm tuần hoàn phức tạp f(t) ta đã khai triển ra được tổng các thành phần điều hòa đơn giản với tần số ω1, 2ω1, …nω1, biên độ là cn. Mỗi thành phần điều hòa đó được gọi là một vạch phổ của tín hiệu. - Tập hợp mọi thành phần biên độ cho phổ biên độ. - Tập hợp mọi thành phần tần số cho phổ tần số. - Tập hợp mọi thành phần pha cho phổ pha. Xét phổ biên độ, biểu diễn các thành phần biên độ cn của f(t) sang dạng phức: ∫−ω−ϕ==2/T2/Ttjnjnndte)t(fT2e|c|c1n Đặt 2T).(c)(Snnω=ω& → ∫−ω−=ω2/T2/Ttjnndte)t(f)(S1 và tjn0nn1eS)t(fω∞=∑= Mỗi thành phần điều hòa của phổ biên độ được biểu diễn bằng một vạch, độ cao )(Snω là độ lớn của biên độ. )(Snωlà hàm mật độ phổ năng lượng, biểu diễn sự phân bố năng lượng của tín hiệu dọc theo trục tần số ω. Như vậy, phổ của hàm tuần hoàn f(t) là một phổ vạch không liên tục. Các vạch phổ cách đều nhau nên được gọi là phổ tuyến tính hay phổ điều hòa. Đường bao hình các vạch phổ cho dạng của xung tuần hoàn f(t). 1.3.2 Phổ của hàm không tuần hoàn Giả thiết f(t) là hàm không tuần hoàn, phân tích theo chuỗi Fourie sẽ có dạng: ω|S|n ω1 ω2 ω3 ω4 ω 9 ωωπ=∫∞∞−ωde)(S21)t(ftj Trong đó, S(ω) là phổ liên tục của hàm không tuần hoàn dte)t(f)(Stj∫∞∞−ω−=ω 1.3.3 Nguyên lý chồng chất Nguyên lý chồng chất là cơ sở cho việc khảo sát các mạch tuyến tính (không sử dụng được với các mạch phi tuyến). Nguyên lý được phát biểu như sau: Tín hiệu do nhiều nguồn ngoại lực gây ra không phụ thuộc vào nhau. Giả sử ngoại lực f1(t) gây ra một nghiệm x1(t), ngoại lực f2(t) gây ra một nghiệm x2(t) thì ngoại lực tổng cộng f1(t) + f2(t) sẽ gây ra nghiệm x1(t) + x2(t). Nguyên lý chồng chất cho phép chỉ cần xét tác động của ngoại lực điều hòa đơn giản, còn ngoại lực phức tạp sẽ coi là tổng tác động của các ngoại lực đơn giản (sine, cosine), sử dụng phương pháp phân tích phổ Fourie. 1.4 Nguồn thế - Nguồn dòng - Phương pháp sơ đồ tương đương 1.4.1 Nguồn thế: Là nguồn có trở nội Ri << RT. Vì vậy, điện áp lấy ra ổn định, ít thay đổi theo RT. Ắc quy, pin (nguồn hóa học) có trở nội ∼0,1÷0,3Ω là các nguồn thế. Ti)t(ABRR1U+ε= Vì Ri << RT → UAB ≈ ε(t) = const 1.4.2 Nguồn dòng Là nguồn có trở nội rất lớn Ri >> RT. Khi đó, dòng điện hầu như không thay đổi khi thay đổi trở tải. Ti)t(RRI+ε= vì Ri >> RT → constRIi)t(=ε≈ Ví dụ tế bào quang điện có Ri ≈ 100MΩ là một nguồn dòng. Tuy nhiên, việc phân biệt nguồn dòng hay nguồn thế có tính chất tương đối, tùy theo tỉ số giữa Ri và RT. Nguồn thế thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại, máy phát. Còn nguồn dòng cung cấp cho mạch emittor của mạch khuếch đại vi sai. 1.4.3 Phương pháp sơ đồ tương đương Là phương pháp để giản lược, nổi bật phần tử mà ta cần tính các đại lượng điện trên đó và đơn giản hóa tính toán. Nghĩa là, thay một tập hợp phần tử của mạch bằng các phần tử mới tương đương, yêu cầu làm sao cho thế và dòng qua các phần tử còn lại không đổi. Ví dụ: Sơ đồ gồm nguồn U(t), trở nội Ri, mắc nối tiếp với R1 và R2 song song. Ta cần khảo sát các đại lượng U2 và I2 trên R2. Ta sẽ chuyển về sơ đồ tương đương. B ~Ri RT ε(t) A 10 +=+=+=2122i11iiiiRiiR)t(URiiR)t(U → i1 = i2 . R2/R1 → U(t) = (i1 + i2)Ri + i2R2 = (i2 . R2/R1 + i2)Ri + i2R2 = (R2/R1 +1) i2Ri + i2R2 = i2 Rtđ + i2R2 Trong đó, Rtđ = (R2/R1 +1)Ri 1.5 Phương pháp biên độ phức Phương pháp biên độ phức là phương pháp biểu diễn các đại lượng điện thông qua các số phức. Xét một khung RLC mắc nối tiếp. Ta có phương trình: ptsinIdtC1RidtdiL0ε=++∫ ↔ ptsinpiLC1dtdiLRdtid022ε=++ Các đại lượng trên đều là thực. Để giải quyết bài toán trên bằng phương pháp biên độ phức, thay: i = X, 2δ = R/L, ω02 = 1/LC, pε0 = P0 → ptcosPXX2X020=ω+δ+&&& Ngoại lực dưới dạng phức jptepvà tìm nghiệm dưới dạng một hàm phức jpteXX = → ==ω+δ+jptjpt020eXXePXX2X&&& Trong đó, ϕ=je|X|Xlà biên độ phức gồm giá trị tuyệt đối và pha. jpteXjpX =& jpt2eXpX −=&& Thay vào ta được: 0202PXXjp2Xp =ω+δ+− → p2j)p(PX2200δ+−ω= So sánh với ϕ=je|X|X với ejϕ = cosϕ +jsinϕ, so phần thực với phần thực, phần ảo với phần ảo sẽ tìm được |X| và ϕ, tức là tìm được nghiệm )pt(je|X|)t(Xϕ+=r gồm phần thực và phần ảo, giữ lại Re)t(Xr sẽ tìm được nghiệm thực ban đầu. i ~Ri R1 U(t) ~Rtđ R2 Utđ = U(t) R2 i1 i2 RLCε0sinpt[...]... phần đặc tuyến ngược của diode. - Hai điểm khác nhau chính là: + Hiệu điện thế ngược đánh thủng Zener trong Silicon diode là cỡ khoảng 5V hoặc nhỏ hơn. Trong khi của đánh thủng thác lũ là vài chục volt. + Đặc tuyến đánh thủng Zener thì đột ngột tăng hơn đánh thủng thác lũ. - Đánh thủng Zener dựa chính trên hiệu ứng xuyên hầm (tunnelling). Khả năng xuyên hầm càng lớn khi độ rộng miền nghèo càng
- Xem thêm -

Xem thêm: Vo tuyen 2004 .pdf, Vo tuyen 2004 .pdf, Vo tuyen 2004 .pdf, Định nghĩa Yêu cầu Lịch sử phát triển, Phổ của hàm tuần hồn Phổ của hàm khơng tuần hồn Ngun lý chồng chất, Khái niệm Tính chất của tốn tử:, Hệ số truyền đạt Mạch vi phân, Mạch cộng hưởng RLC mắc nối tiếp, Mạch cộng hưởng RLC mắc song song, Xét trường hợp có dao động Trường hợp khơng có dao động Xét tác động của ngoại lực dưới dạng chuỗi xung vơ tuyến, Ảnh hưởng của mạch liên kết Đặc tính cộng hưởng, Phương pháp biên độ phức Biến thế, Khái niệm về chất bán dẫn ròng intrinsic semiconductor, Lớp tiếp xúc p-n, Phân cực cho diode

Hình ảnh liên quan

- Việc tồn tại miền điện tích dương một bên và điện tích âm một bên sẽ làm hình thành một điện trường hướng từ N → P - Vo tuyen 2004 .pdf

i.

ệc tồn tại miền điện tích dương một bên và điện tích âm một bên sẽ làm hình thành một điện trường hướng từ N → P Xem tại trang 31 của tài liệu.
2.1.4 Phân cực cho diode - Vo tuyen 2004 .pdf

2.1.4.

Phân cực cho diode Xem tại trang 32 của tài liệu.
- Kết quả làm ật độ điện tử trong Pt ại miền nghèo tăng lên, và hình thành electron - Vo tuyen 2004 .pdf

t.

quả làm ật độ điện tử trong Pt ại miền nghèo tăng lên, và hình thành electron Xem tại trang 32 của tài liệu.