Giáo trình kỹ thuật mạch điện tử ths nguyễn duy chuyên

HọC VIệN Kỹ THuậT QUÂN Sự Bộ MÔN Cơ Sở Kỹ THUậT VÔ TUYếN - KHOA Vô TUYến ĐIệN Tử Ths Nguyễn Duy chuyên (chủ biên) Pgs ts trơng văn cập - ts trần hữu vỵ - Ts nguyễn huy hoàng Kỹ thuật mạch điện tử ( Phần hai - Dùng cho chuyên ngành thông tin v tỏc chin in t) Hà nội - 2008 Mục lục Trang Lời nói đầu Chơng Sơ đồ khối tổng quát, tiêu kỹ thuật chủ yếu thiết bị thu phát 1.1 Sơ đồ Chức năng, tiêu chất lợng máy phát Sơ đồ chức phần máy phát Các tiêu kỹ thật máy phát 11 1.2 Sơ đồ Chức năng, tiêu chất lợng máy thu 13 Sơ đồ chức phần máy thu 13 Chỉ tiêu chất lợng máy thu 15 Chơng Tạp âm 18 2.1 Khái niệm tạp âm 18 2.2 Các đặc trng thống kê tạp âm 19 Giá trị trung bình điện áp tạp âm 19 Mật độ phân bố xác suất 20 Giá trị trung bình bình phơng điện áp tạp âm 20 Phơng sai điện áp tạp âm 21 Hàm tự tơng quan điện áp tạp âm 21 Phổ lợng tạp âm 22 2.3 Sự truyền tạp âm qua mạng bốn cực tuyến tính - dải tạp âm tơng đơng 22 2.4 Tạp âm nhiệt mạch thụ động 25 Tạp âm điện trở 25 Tạp âm mạch RC 26 Tạp âm mạch cộng hởng LC 27 2.5 Tạp âm anten thu 29 2.6 Tạp âm dụng cụ điện tử bán dẫn 30 Tạp âm đèn điện tử cực 31 Tạp âm đèn cực 32 Tạp âm đèn cực 33 Tạp âm đèn trộn tần 34 Tạp âm đèn điện tử siêu cao tần (SCT) 35 Sơ đồ tơng đơng tạp âm đèn điện tử 35 Tạp âm bán dẫn 37 2.7 Hệ số tạp âm độ nhạy máy thu 39 Hệ số tạp âm 40 Hệ số tạp âm mạng cực mắc nối tiếp 43 Chơng Tuyến tần số tín hiệu 46 3.1 Cấu trúc tuyến tần số tín hiệu để đảm bảo độ nhạy cho 46 Hệ số tạp âm máy thu 47 Độ nhạy máy thu 48 3 Chọn tham số tuyến tần số tín hiệu suất phát từ điều kiện đảm bảo độ nhạy cao máy thu 51 3.2 Cấu Trúc tuyến tần số tín hiệu để đảm bảo độ chọn lọc cho 52 Độ chọn lọc tín hiệu 53 Độ chọn lọc nhiều tín hiệu 56 3.3 Mạch vào 62 Mạch vào có mạch dao động hệ thống chọn lọc 64 Mạch vào có nhiều mạch cộng hởng hệ thống chọn lọc 69 3.4 Các sơ đồ khuếch đại Trong tuyến tần số tín hiệu 72 Bộ khuyếch đại katốt chung 72 Sơ đồ dùng đèn ba cực mắc lới chung 80 Sơ đồ cascode 85 3.5 đặc điểm sơ đồ tuyến tần số tín hiệu dùng transistor lỡng cực 87 Bộ khuếch đại mắc emitor chung 88 Sơ đồ trung hoà hồi tiếp 94 Bộ khuếch đại bazơ chung 98 3.6 Bộ khuếch đại sử dụng bán dẫn trờng 100 Đặc điểm chung 100 Các sơ đồ 101 Chơng Các khuếch đại cao tần có tạp âm nhỏ 104 4.1 Bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy 104 Cấu trúc nguyên tắc công tắc 105 Tạo nhóm điện tử trờng sóng chạy 106 Các tiêu chất lợng khuếch đại cao tần dùng đèn sóng chạy 108 4.2 Nguyên lý mạch hai cực khuếch đại 114 Sơ đồ tơng đơng mạng cực khuếch đại 115 Mạng hai cực khuếch đại theo kiểu - phản xạ - mắc song song 119 4.3 Bộ khuếch đại cao tần dùng điốt tunel 119 Đặc tuyến vôn - ampe điốt tunel 119 Các tiêu chất lợng KĐCT dùng điốt tunel 122 Sơ đồ cấu trúc điện KĐCT dùng điốt tunel dải sóng centimet 126 4.4 Bộ khuếch đại tham số 127 Nguyên lí khuếch đại tham số 128 Quan hệ lợng khuếch đại tham số phân loại KĐTS 134 Bộ KĐTS khung cộng hởng kiểu phản xạ truyền qua 139 4.5 Bộ khuếch đại lợng tử 141 Tính chất hệ phân tử 141 Nguyên lí khuếch đại lợng tử 144 Chơng Tuyến trung tần âm tần 148 5.1 Bộ biến tần 148 Các tham số yêu cầu biến tần 149 Các yêu cầu dao động ngoại sai 153 5.2 Tuyến khuếch đại tần số trung gian 153 Bộ khuếch đại nhiều tầng, có tầng dùng mạch dao động đơn, điều chỉnh cộng hởng tần số 155 Bộ khuếch đại nhiều tầng, tầng dùng mạch cộng hởng đơn, lệch cộng hởng đôi 160 Bộ khuếch đại nhiều tầng tầng có phụ tải lọc hai mạch cộng hởng 166 5.3 Xác định dạng sơ đồ tính toán khuếch đại trung tần 171 Chọn sơ đồ 171 Chọn tần số trung gian máy thu 172 Máy thu biến tần hai lần 175 Thứ tự tính toán khuếch đại nhiều tầng 176 5.4 tuyến âm tần máy thu 178 Xác định dạng tham số tách sóng: 178 5.5 Phân phối độ chọn lọc hệ số khuếch đại tuyến máy thu 183 Chơng Điều chế giải điều chế số 189 6.1 Điều chế số 189 Khoá dịch biên : (ASK) 189 Điều chế khoá dịch tần (FSK) 192 Điều chế khoá dịch pha (PSK) 195 Điều chế biên độ cầu phơng (QAM) 198 6.2 Giải điều chế số 200 Giải điều chế ASK 200 Giải điều chế FSK 201 Giải điều chế PSK 202 Chơng Tầng khuếch đại tiền khuếch đại máy phát 204 7.1 Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại 204 Khái niệm chung 204 Các yêu cầu tiêu kỹ thuật tầng 204 Phân loại tầng máy phát 206 7.2 Mạch Anten tầng 207 Những vấn đề chung 207 Dạng tổng quát mạch Anten 208 Thiết bị đối xứng 210 7.3 Sơ đồ thực tế tầng 211 Tầng có tải cộng hởng 211 Điều chỉnh tầng có tải cộng hởng 212 Sơ đồ tầng dải rộng 214 7.4 Cộng công suất cao tần 216 Vai trò cộng công suất 216 Các yêu cầu thiết bị cộng công suất 217 Các phơng pháp cộng công suất cao tần 217 Phơng pháp cộng công suất thiết bị cầu 219 Chơng Điều chỉnh tay tự động máy thu 221 8.1 Điều chỉnh khuếch đại 222 Đặc điểm điều chỉnh hệ số khuếch đại 222 Phơng pháp thay đổi hỗ dẫn Transitor 225 Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (TĐK) 226 8.2 Điều chỉnh dải thông 238 Điều chỉnh dải thông nhờ lọc tập trung 242 Điều chỉnh dải thông nhờ lọc thạch anh 243 Điều chỉnh dải thông cách thay lọc hay tuyến khuếch đại trung gian 247 Điều chỉnh tuyến dải thông tần thấp 247 8.3 Tự động điều chỉnh tần số 249 Công dụng phân loại 249 Những đặc trng phần tử điều chỉnh 252 Phân tích chế độ công tác tuyến tính hệ thống TĐT theo tần số 255 Công tác hệ thống TĐT theo tần số chế độ thiết lập lệch cộng hởng lớn Dải giữ dải bắt 260 8.4 Tự động điều chỉnh tần số theo pha (TĐF) 265 Bộ tách sóng pha 265 Phơng trình hệ thống TĐF 267 Trạng thái xác lập hệ thống TĐF 269 Dải đồng hệ thống TĐF 270 Vai trò ảnh hởng lọc tần thấp hệ TĐF 271 Tài liệu tham khảo 275 Lời nói đầu Cuốn sách phần thứ hai giáo trình môn học Kỹ thuật mạch điện tử cho chuyên ngành thông tin, tác chiến điện tử Nó tài liệu tham khảo cho chuyên ngành đào tạo khác Khoa Vô tuyến điện tử - Học viện kỹ thuật quân Nội dung chơng nhằm phục vụ cho giảng dạy môn kỹ thuật chuyên ngành đợc thuận lợi, làm tài liệu giúp cho học viên làm đồ án tốt nghiệp, làm tài liệu tham khảo có ích cho cán khai thác, thiết kế thiết bị thu - phát Tham gia biên soạn giảng viên nhóm Kỹ Thuật Mạch: Ths Nguyễn Duy Chuyên phụ trách chơng 1, 4, 5, 6, PGS TS Trơng Văn Cập phụ trách chơng TS Trần Hữu Vỵ phụ trách chơng TS Nguyễn Huy Hoàng phụ trách chơng Trong thời gian biên soạn, nhận đợc đóng góp nhiều đồng nghiệp - Chúng xin cảm ơn đóng góp Trong lần xuất đầu, chắn có nhiều sai xót hạn chế Chúng tôI mong tiếp tục nhận đợc đóng góp đồng chí để hoàn thiện cho lần táI sau Nhóm tác giả Chơng sơ đồ khối tổng quát, tiêu kỹ thuật chủ yếu thiết bị thu phát Thiết bị thu phát phần quan trọng, thiếu thiết bị viễn thông Cấu trúc hệ thống thu phát phụ thuộc nhiều vào công dụng chúng Trong hệ thống phát thanh, phát hình hệ thống phát làm việc với hàng chục vạn, hàng triệu máy thu Trong hệ thống thông tin máy phát làm việc với máy thu Với hệ thống thu phát đặt phơng tiện bay (máy bay, vệ tinh) cấu trúc lại phụ thuộc vào yêu cầu giảm nhỏ kích thớc trọng lợng Ngày nay, phát triển công nghệ điện tử, yêu cầu nh nâng cao số lợng, chất lợng tin tức cần truyền, yêu cầu đảm bảo thông tin ổn định không tìm kiếm đợc giải cấu trúc thiết bị thu phát phức tạp Tuy nguyên tắc chúng không thay đổi Trong chơng phân tích chức năng, tiêu chất lợng thiết bị thu phát phân thích sơ đồ máy thu phát điển hình 1.1 sơ đồ Chức năng, tiêu chất lợng máy phát Sơ đồ chức phần máy phát Sơ đồ cấu trúc thiết bị phát phụ thuộc vào yếu tố khác nhau: công dụng, dải tần công tác, công suất; cấu trúc thiết bị phát đợc xác định chức chúng: - Tạo dao động cao tần với công suất tần số yêu cầu - Điều chế dao động cao tần tin tức cần truyền - Suy giảm hài dao động phụ mà tần số chúng nằm dải tần xạ cần thiết gây nhiễu cho đài khác - Bức xạ dao động qua anten Sơ đồ khối tổng quát thiết bị phát có cấu trúc nh sau: (hình - 1) Mạch tạo dao động ổn định thờng mạch dao động thạch anh gọi mạch dao động chuẩn để nhận đợc dao động tần số cao, mà tần số đảm bảo yêu cầu cao độ xác ổn định tần số máy phát Hình - 1: Sơ đồ khối thiết bị phát - Bộ tổng hợp tần số tạo mạng tần số cần thiết cho máy phát từ tần số mạch dao động chuẩn Hiện đa số tổ hợp tần số máy phát nói riêng hay thiết bị thông tin nói chung sử dụng sơ đồ có vòng giữ pha (PLL) kép Với tổng hợp tần số tạo mạng tần số công tác theo ý muốn với độ ổn định cao - Sau tổng hợp tần số khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại đủ lớn Nhờ vậy, tạo dao động chuẩn, tổ hợp tần số không cần công suất lớn Điều đảm bảo cho tạo dao động chuẩn tổng hợp tần số đạt đợc yêu cầu cao độ ổn định tần số yêu cầu khác - Bộ khuếch đại trung gian có chức ngăn cách ảnh hởng tầng khuếch đại công suất thiết bị điều chỉnh tầng tới mạch tổng hợp tần số, tạo tần số chuẩn Các khuếch đại công suất dao động cao tần có hệ số khuếch đại công suất đủ lớn để công suất đạt đến mức xác định theo yêu cầu hệ thống viễn thông 10 Mạch dùng để truyền dao động cao tần đợc khuếch đại anten, lọc dao động cao tần phối hợp mạch tầng khuếch đại công suất với anten, nghĩa đảm bảo truyền công suất tín hiệu anten với hiệu suất cao Bộ điều chế dùng để điều chế dao động cao tần máy phát tín hiệu tin tức cần truyền Các tiêu kỹ thật máy phát : * Các tiêu kỹ thật máy phát : - Dải tần công tác độ ổn định tần số công tác - Công suất ra, hiệu xuất - Dạng số lợng tín hiệu cần truyền - Chất lợng điều chế tin tức Dải tần công tác máy phát (hay hệ thống viễn thông) phụ thuộc vào mục đích sử dụng chúng Dải tần công tác định hệ thống cộng hởng, dạng dụng cụ sử dụng tuyến tần số cao máy phát, máy thu Các thiết bị thu phát làm việc vài tần số cố định hay dải tần Các máy phát thanh, phát hình thờng làm việc vài tần số (kênh) Các hệ thống thông tin di động làm việc dải tần phù hợp Còn hệ thống thông tin thờng vào yêu cầu sử dụng làm việc dải tần số khác Hiện có thiết bị thông tin dải tần làm việc từ vài chục KHz đến vài GHz Với máy phát có hệ số bao tần rộng ( k d = f max ), ngời ta chia dải tần công f tác thành băng tần Việc phân chia đợc dựa nguyên tắc đảm bảo khả thực phần tử điều chỉnh tần số giữ tiêu chất lợng đồng dải tần nói chung băng tần nói riêng Trong hệ thống thông tin nay, độ ổn định tần số cao yêu cầu quan trọng để đảm bảo thông tin không tìm kiếm điều chỉnh trình làm việc Đồng thời tiêu định đến số lợng đờng thông tin chất lợng truyền tin đờng 11 lập hệ số truyền đạt lọc điện áp đầu tách sóng tần số điện áp đa tới phần tử điều khiển, nên ta biểu diễn đặc tuyến tách sóng tần số điều khiển trục toạ độ (hình - 28) Khi hệ thống TĐT hở mạch, điện áp điều khiển Nếu tần số dao động ngoại sai khác với giá trị danh định lợng f0 (do yếu tố bên không ổn định gây ra) đặc tuyến phân tử điều khiển dịch theo trục f so với gốc toạ độ đầu lợng f0 Trong trình công tác hệ thống TĐT có giá trị độ lêch ban đầu fo khác nhau, vị trí tơng đối đặc tuyến tách sóng tần số điều khiển khác Khi độ lệch ban đầu f 01 nhỏ, B B đặc tuyến cắt phần tuyến tính: độ lệch ban đầu lớn, đặc tuyến phân tử điều khiển cắt đặc tuyến tách sóng tần số phần phi tuyến Chúng ta phân tích hệ thống TĐT trờng hợp thứ Giả sử tần số dao động cần ổn định có độ lệch (sai số) ban đầu so với giá trị danh định f0 f 01 Khi đầu tach sóng tần số suất điện áp điều khiển U d / c điểm a (hình - 28a) Do tác dụng điện áp điều khiển U d / c , phân tử điều khiển có xu hớng làm thay đổi tần số dao động cần ổn định lợng f1 Tuy nhiên khép kín hệ TĐT trình xảy nh sau Dới tác dụng phần tử điều khiển, tần số dao động cần ổn định vừa rời khỏi điểm a lại xuất điện áp điều khiển U 'dc Trong thời gian giá trị điều khiển thay đổi từ U d / c đến U dc' gía trị sai số tần số dao động cần ổn định giảm từ f 01 đến f 0' (điểm a (hình - 28a) Bây đầu vào phần tử điều khiển có điện áp U 'd / c tác dụng vào có xu hớng làm thay đổi tần số lợng f , nghĩa đa tần số dao động cần ổn định gần tần số danh định f0 Khi phân tích tính chất trình thiết lập tần số ta giả thiết thời điểm thay đổi tần số thời điểm suất điện áp điều khiển có khoảng thời gian xác định Nghĩa mạch có quán tính Nh điểm công tác a đặc tuyến tách sóng tần tần số không dịch chuyển theo hớng a f a , mà trực tiếp đặc tuyến theo vị trí a a a Cuối độ lệch tần số dao động cần ổn định giảm đến giá trị f d , ứng với giao điểm A hai đặc tuyến 261 Nếu nguyên nhân điểm công tác thấp điểm A, ta thấy tác dụng điện áp điều khiển U '''dc , sai số tần số f '''0 không giảm mà tăng, tiến tới f d , ứng với giao điểm A điểm cân ổn định hệ TĐT, theo điều kiện ổn định (8.37) điểm A thoả mãn Sts > 0,Sd / c < Xét tam giác oAo2 , ta dễ dàng nhận thấy: f d = f + StsSd / c Biểu thức hoàn toàn phù hợp với biểu thức nhận đợc từ giải tích Việc phân tích trờng hợp độ lệch ban đầu máy thu f0 lớn phức tạp, nhng đánh giá đầy đủ hiệu hệ TĐT Ví dụ f = f 03 đặc tuyến điều khiển cắt phần phi tuyến đặc tuyến tách sóng tần số ba điểm 2, 3, 4, ba điểm tơng ứng với ba trạng thái cân Nhng cần xét độ ổn định trạng thái Để đánh giá ta tìm miền (giới hạn) công tác ổn định Theo điều kiện ổn định 1- K > 0, dễ dàng thấy giới hạn ổn định tơng ứng với đẳng thức StsSd / c = Đẳng thức thực đợc điểm đờng đặc tuyến tách sóng tần số, (hình - 28) điểm 5, tơng ứng với vị trí giá trị f4, f2 đặc tuyến điều khiển Thật vậy, điểm B Sts = B B B , Vậy: Sts Sd / c = Sd / c Hình - 28 Miền bao gồm điểm miền cân không ổn định hệ thống Sd / c Sts dấu,tích StsSdc = , không thực đợc điều kiện 262 ổn định (8.37) Miền 05 miền cân ổn định StsSdc < 1, miền 6, miền cân ổn định thực hiên bất đẳng thức o < Sts Sdc < Bây ta đánh giá khả công tác hệ thống TĐT theo tần số Giả sử thời điểm mở hệ thống, độ lệch ban đầu f1 , đặc tuyến tách sóng tần số điều khiển cắt điểm Đây điểm cân ổn định nhng độ lệch d gần độ lệch ban đầu ta coi hệ thống TĐT tác dụng điều chỉnh Thay đổi giá trị độ lệch ban đầu đến giá trị f 03 , đặc tuyến cắt ba điểm 2, 3, Khi khép kín hệ thống điểm ổn định điểm độ lệch d không giảm đáng kể so với f 03 Hệ thống TĐT coi nh cha có tác dụng ( f dc f ) Tiếp tục thay đổi (giảm) độ lệch ban đầu đến giá trị f ; đặc tuyến điều khiển tiếp tuyến với đặc tuyến tách sóng tần số điểm cắt điểm Điểm điểm ổn định Khi khép kín hệ thống TĐT bắt đầu có tác dụng điều chỉnh ( f dc điểm nhỏ rõ rệt so với f ) Và nói hệ thống TĐT bắt lấy tần số dao động cần điều chỉnh Nh trình bắt tần số xảy độ lệch ban đầu không vợt giá trị f Khi tiếp tục tăng độ lệch hệ thống TĐT có hiệu kém, coi nh hở mạch hệ thống TĐT Tính chất hệ thống TĐTtheo tần số đặc cho khả giữ chế độ bám sát tăng độ lệch máy thu đợc đánh giá dải giữ, nghĩa miền giá trị ban đầu giới hạn miền với thay đổi, hệ thống TĐT giữ chế độ bám sát, bảo đảm giá trị cho phép sai số d Hệ thống TĐT làm việc có hiệu đảm bảo K TDT lớn dải bắt dải giữ lớn Tuy nhiên yêu cầu mâu thuẫn cần phải giải theo điều kiện cụ thể 263 Hình - 29 Để rõ ta vẽ phụ thuộc sai số d chế độ thiết lập vào độ lệch ban đầu (hình - 29) Tính chất hệ thống TĐT chế độ bắt đợc đặc trng dải bắt: f b Dải bắt đợc xác định miền độ lệch ban đầu tần số dao động cần ổn định (ngoại sai), mà giới hạn tác dụng điều chỉnh có hiệu khép kín hệ TĐT Ngợc lại hệ thống TĐT làm việc dải bắt, tần số dao động cần ổn định cần thay đổi từ từ nh để độ lệch ban đầu tăng đến giá trị f 03 Trong trờng hợp điểm cân động điểm hệ thống TĐT công tác bình thờng, nghĩa có tác dụng điều chỉnh Tuy nhiên tiếp tục tăng độ lệch tần số hệ thống TĐT làm việc bình thờng f f 02 vị trí đặc tuyến điều khiển tiếp tuyến với đặc tuyến tách sóng tần số Điểm điểm không ổn định, điểm điểm ổn định nhng sai số d hầu nh độ lệch ban đầu Hệ thống TĐT hiệu Chế độ hệ thống TĐT khép kín làm việc có hiệu với độ lệch ban đầu lớn dải bắt gọi chế độ giữ (duy trì) Đặc trng cho chế độ dải giữ Nó đợc xác định miền lệch cộng hởng ban đầu dao động cần điều chỉnh, mà giới hạn tác dụng điều chỉnh có hiệu trình tăng chậm độ lệch ban đầu hệ thống TĐT khép kín liên tục Các lý luận xác cho miền độ lệch ban đầu âm (f < 0) Do ta có : 264 f b = 2f f g = 2f Hệ thống TĐT làm việc có hiệu đồng thời đảm bảo giá trị: K tdt , f b , f g lớn Hệ thống TĐT theo tần số khó đảm bảo sai số d nhỏ Vì trờng hợp độ lệch cho phép yêu cầu cao, cần phải sử dụng hệ thống TĐT theo pha 8.4 Tự động điều chỉnh tần số theo pha (TĐF) Sơ đồ khối hệ thống TĐF sơ đồ (hình - 29) thiết bị so sánh tách sóng pha Bộ tách sóng pha : Tạo điện áp phụ thuộc vào hiệu pha hai dao động đầu vào Nếu dao động có dạng điều hoà với tần số , điện áp đầu hàm số đại lợng : B B B B (1t + ) (2t + ) = (1 )t + (1 ) (8.44) Nh vậy, tách sóng pha trộn với lọc tần thấp đầu để tách dao động tần số hiệu (khi 2) tách thành phần hiệu pha = - biến thiên chậm (khi = 2) Để minh hoạ ta xét số loại tách sóng pha khác B B B B B B B B B B B B a Bộ tách sóng pha cân Hình - 30 a: Bộ tách sóng pha cân b: Đồ thị vectơ điện áp 265 Theo (hình - 30a), điện áp U1 tác động tới hai điốt đồng pha, điện áp U2 tác động tới hai điốt ngợc pha, U1 U2 lệch pha góc theo biểu thức (8.44), nên cha tính tới điện áp tải vẽ đồ thị vectơ (hình - 30b), ta có biên độ điện áp hai điốt (thể qua modul hai vectơ tổng) tính biểu thức B B B B B B B B U d21 = U m2 + U m2 + 2U m1U m cos [ (1 )t + (1 ) ] U d22 = U m2 + U m2 2U m1U m cos [ (1 )t + (1 ) ] Nếu điốt làm việc vùng thẳng đặc tuyến, hiệu ứng tách sóng biên độ, điện áp hiệu điện áp sau tách sóng bằng: UTS = U TSm cos [ (1 )t + (1 )] (8.45) Khi hai tần số nhau, điện áp tách sóng phụ thuộc vào hiệu pha hai dao động = + nh sau: B B B B U TS = U TSm cos(1 ) = U TSm cos (8.46) Đặc tuyến tách sóng pha theo biểu thức (8.46) hình - 34) Với UTSm giá tị cực đại điện áp đầu TSP B B Nếu thay sơ đồ (hình - 30a) sơ đồ cân cầu nh (hình - 32) (hoặc gọi sơ đồ cân kép) việc trộn hai điện áp có tần số 1, B đầu vào tạo tần số tổ hợp dạng : B B (2m + 1)1 (2n + 1)2 Với m, n - số nguyên 266 B Do loại bỏ đợc số dao động tổ hợp đầu tách sóng pha b) Bộ tách sóng pha xung : Bộ tách sóng pha xung (TSPX) so sánh dao động có tần số xa nhau, với điều kiện tần số phải bội số (chẳng hạn = n , với n - số nguyên) B B B B Nh sơ đồ (hình - 33a): a R D1 D4 a D2 D3 C0 b a) Uts = U ts = U tsm C b Uts U ts = / U ts = Uts = U ts = U tsm t t t b) Hình - 33 Mạch RC chọn với số thời gian đủ lớn để điện áp biến đổi Tụ C đợc nạp thời gian xung (qua điốt) tụ Co đợc nạp nhanh tới điện áp có giá trị điện áp hình sin đầu vào bb Trong khoảng thời gian xung điốt đóng điện áp mạch RC Vì điện áp tụ Co hầu nh không đổi xuất xung (giả sử tải mạch emitor lặp lại có trở kháng vào lớn) Hình - 33b giải thích trờng hợp làm việc với B B B B pha khác nhau: Giả sử hai dao động có tần số bội số nh hình vẽ, điện áp UTS đợc xác định qua biểu thức (8.46) Thông thờng dãy xung đợc tạo từ dao động chuẩn B B Ưu điểm TSPX điện áp đầu không pha thuộc vào biên độ độ rộng xung Phơng trình hệ thống TĐF: 267 Ta xét nguyên lý làm việc hệ thống TĐF bỏ qua ảnh hởng lọc tần thấp Sơ đồ khối vòng so pha (hình - 34) Dao động chuẩn với DĐC o tần số o VCO với tần số đa đến tách sóng pha, tạo nên B B TSP đk UTS Lọc tần thấp VCO Uđ k PTĐK Hình - 34 UTS (tín hiệu sai lệch) đa đến phần tử điều khiển thay đổi tần số lợng B B đk B B Nh vậy, độ lệch tần số dao động VCO so với dao động chuẩn có tác dụng hiệu chỉnh (là hệ thống khép kín) : = bđ - đk B B B Giữa độ lệch pha độ lệch tần số có quan hệ : = dt = (8.47) d dt (8.48) Sau tách sóng pha, ta có điện áp sai lệch : U ts = U tsm cos Với giả thiết Uđk = Uts (bỏ qua ảnh hởng lọc tần thấp LTT tới biên độ điện áp), ta có quan hệ B B B B = bd K dc U tsm cos Hoặc viết theo góc lệch pha : d = bd K dk U tsm cos dt (8.49) Đây phơng trình hệ thống TĐF Nghiệm phơng trình cho ta xác định thông số hệ thống : trạng thái qua độ, trạng thái xác lập, dải đồng Tuy phơng trình vi phân không tuyến tính Việc giải phơng trình thực đợc dới dạng tổng quát Do ta xét số đặc điểm chủ yếu sau 268 Trạng thái xác lập hệ thống TĐF : Trạng thái xác lập trạng thái dừng với VCO có tần số đợc ổn định Muốn Uđk UTS phải có giá trị cố định hiệu pha giá trị xác định không đổi B B Nh vậy: B B o = =0 dt (8.50) Biểu thức (8.50) chứng tỏ rằng: trạng thái xác lập, độ lệch tần số d hệ thống TĐF không, tần số VCO bám chặt theo tần số chuẩn o ( = o) Trong trờng hợp ngợc lại, UTS biến đổi đợc chế độ dừng B B B B B Với việc đồng hoàn toàn tần số (8.50) độ ổn định tần số VCO xác độ ổn định tần số dao động chuẩn Đó u điểm quan trọng hệ thống TĐF so với hệ thống TĐT B B B U TS U T Sm B đ /K đk 01 02 Kết luận không mâu thuẫn với nguyên lý hệ tự chỉnh làm H ình - 35 việc tồn sai số tham số cần điều chỉnh tham số chuẩn Đó hệ TĐF, tín hiệu sai số độ lệch pha chế độ xác lập, sai số pha tính o xác định từ (8.49) d cho = = B B dt Coso = bd K dkU TSm (8.51) Các nghiệm (3.51) : o = o1 + 2n n : số nguyên o = o + 2n (8.52) Đợc xác định đồ thị nh (hình - 35) Chính độ lệch pha tạo nên tín hiệu sai lệch tác động vào phần tử điều khiển dùng để loại trừ đợc độ lệch tần số ban đầu bđ B B 269 Xét (8.52) với giả thiết n = 0; hai giá trị 01 02 có điểm cân ổn định Ta chứng minh điều B B B B Giả sử có sai lệch nhỏ khỏi trạng thái cân 0, nghĩa : B = + B B Với 0; Ngợc lại tích Kđk UTSm đổi dấu trạng thái bến vững tơng ứng với giá trị o2 để thoả mãn điều kiện (8.54) B B B B B B B B B B B B Nh vậy, đổi dấu đại lợng Kđk UTSm , hệ tự chỉnh theo pha làm việc bình thờng, khác sai pha tĩnh o đổi dấu, điều khác với hệ TĐT nh xét Đó lại u điểm không nhỏ hệ TĐT B B B B B B Dải đồng hệ thống TĐF: Có thể xác định dải giữ hệ thống TĐF theo biểu thức (8.48), theo định nghĩa, độ lệch ban đầu lớn mà hệ TĐF bù trừ đợc Vì g = bd max = K dkU TSm 270 (8.55) Coso [...]... mạch thụ động ở trên đã đánh giá tạp âm khi truyền qua một mạch điện Sau đây ta sẽ nghiên cứu phần tạp âm do các mạch điện sinh ra: nói cách khác là nghiên cứu, đánh giá tạp âm của bản thân thiết bị Mọi thiết bị điện tử đều gồm các mạch thụ động và mạch điện tích cực Mạch điện thụ động là các mạch điện không chứa những nguồn năng lợng Ví dụ: Những mạch điện chỉ gồm các loại linh kiện điện trở, tụ điện, ... động, các mạch lọc thì gọi là mạch điện thụ động Mạch điện tích cực (hay chủ động) là các mạch điện có chứa nguồn năng lợng (nguồn dòng và nguồn áp), nh có chứa các đèn điện tử, điốt, transistor, nguồn dao động thì gọi là mạch điện tích cực Mục này ta nghiên cứu tạp âm do các mạch điện thụ động sinh ra 1 Tạp âm của điện trở thuần Điện trở thuần (cũng nh dây dẫn) luôn có trong nó các điện tử tự do... thuộc vào nhiệt độ bản thân của điện tử, nghĩa là của điện trở Khi điện tử chuyển động, ta có một dòng điện cực nhỏ tơng đơng chạy trong điện trở và do đó hai đầu điện trở sẽ có một điện áp Vì số điện tử rất lớn, chuyển động của chúng rất ngẫu nhiên, nên điện áp ở hai đầu điện trở do chúng tạo thành là tạp âm Ta gọi là tạp R C Uta Hình 2 - 6 25 âm nhiệt của điện trở Một điện trở chỉ không sinh tạp âm... còn nhỏ, điện trờng giữa hai cực nhỏ, không phải mọi điện tử thoát khỏi catốt đến đợc anốt ; mà chỉ các điện tử thoát ra với vận tốc ban đầu lớn mới đến đợc anốt Số còn lại hoặc rơi về catốt hoặc lơ lửng giữa catốt với anốt (đám mây điện tử) , ta gọi là lớp điện tích không gian Lớp này có điện tích âm nên trở thành một trờng cản đối với các điện tử thoát ra khỏi catốt sau đó Nó chỉ cho các điện tử thoát... lợng tác động tạp âm của chúng gây nên trong các mạch điện 1 Tạp âm của đèn điện tử 2 cực Trớc đây ta cho rằng: khi điện áp trên hai cực đèn không đổi thì dòng điện qua đèn là một hằng số Nhng thực tế trong catốt đèn điện tử, các điện tử tự do chuyển động nhiệt với vận tốc và phơng hớng hoàn toàn khác nhau một cách rất ngẫu nhiên Do đó sự thoát điện tử ra khỏi catốt đến anốt cũng thay đổi một cách... tạp âm của một điện dẫn khác, nhng chỉ lu ý giá trị T khác To thông thờng Ngoài ra, ở siêu cao tần đèn điện tử còn có các thành phần điện dẫn cảm ứng khác do điện cảm chân đèn, do điện dung ký sinh gây nên Song chúng thờng nhỏ hơn g nhiều nên ta bỏ qua đợc 6 Sơ đồ tơng đơng tạp âm của đèn điện tử Tóm lại nếu có một tầng khuếch đại dùng đèn điện tử thì ta có thể biểu diễn tạp âm của tầng ở mạch lới nh... tự do trong mạch dao động phụ thuộc vào điện cảm, điện dung và mức độ nhỏ hơn vào tiêu hao của mạch cộng hởng Ba tham số này không chỉ do bản thân mạch dao động tạo nên mà còn phải tính đến các ảnh hởng của các phần tử mạch ngoài ảnh hởng tới Nhiệt độ và các tham số khác (độ ẩm, áp suất) của môi trờng xung quanh ảnh hởng đến giá trị điện cảm, điện dung và dẫn đến thay đổi tần số riêng của mạch dao động... mạch thụ động chỉ do điện trở R sinh ra R bị nung nóng ở T0 , tức là nó tiêu thụ một nhiệt năng vậy nó phải sinh ra năng lợng là dòng điện tạp âm (điện áp tạp âm) Còn các phần tử điện kháng chỉ làm nhiệm vụ tích tụ năng lợng, không tiêu thụ năng lợng, nên nó không thể sinh ra năng lợng đợc Nhng những phần tử điện kháng lại tác dụng trên lên đặc tuyến biên độ tần số, do đó, nó tác dụng đến Dta của mạch. .. định lợng dòng điện tạp âm ấy trong hai trờng hợp a) Chế độ bão hoà : Khí Ua của điốt lớn, mọi điện tử khi thoát khỏi catốt đều đến đợc anốt Khi đó, mọi sự phát xạ không đồng đều của catốt đều làm dòng anốt bị xáo động tơng ứng Xáo động đó chính là dòng điện tạp âm của đèn hai cực Nó đợc xác định theo công thức: I 2ta = 2eI bh D ta (2.31) Trong đó : e - là điện tích của điện tử Ibh- là dòng điện bão hoà... Cách xác định thành phần này đợc trình bầy cụ thể ở nhiều tài liệu tham khảo Trên tính toán, thiết kế dựa theo các điều kiện làm việc thực tế để lựa chọn 2.6 Tạp âm của dụng cụ điện tử và bán dẫn Dụng cụ điện tử và bán dẫn là những nguồn dòng hoặc nguồn áp để biến năng lợng của điện áp một chiều thành những năng lợng của tín hiệu cần gia 30 công Chúng tạo thành các mạch điện tích cực Chúng ta cần xác ... thứ hai giáo trình môn học Kỹ thuật mạch điện tử cho chuyên ngành thông tin, tác chiến điện tử Nó tài liệu tham khảo cho chuyên ngành đào tạo khác Khoa Vô tuyến điện tử - Học viện kỹ thuật quân... động mạch điện tích cực Mạch điện thụ động mạch điện không chứa nguồn lợng Ví dụ: Những mạch điện gồm loại linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm hợp thành nh khung dao động, mạch lọc gọi mạch điện. .. điện tử, nghĩa điện trở Khi điện tử chuyển động, ta có dòng điện cực nhỏ tơng đơng chạy điện trở hai đầu điện trở có điện áp Vì số điện tử lớn, chuyển động chúng ngẫu nhiên, nên điện áp hai đầu điện