Bài giảng điện tử thơng tin Biên soạn Ths Nguyễn Hồng Huy CHƯƠNG 3: KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT CAO TẦN VÀ ĐỔI TẦN (5 tiết) PHẦN 1: LÝ THUYẾT (4 tiết) 3.1 Phân tích mạch khuếch đại cơng suất cao tần 1.1.1 Khuếch đại chế độ C: Mạch KĐCSCT nằm ngõ máy phát thỏa u cầu sau: hiệu suất cao, sái dạng, chọn lọc tần số, tận dụng tới ngưỡng khả cung cấp cơng suất phần tử tích cực (dòng áp) Cơng suất từ mW tới MW tuỳ theo mục đích sử dụng + Vcc CB RFC Pi Req Zi RA RFC ZiQ RB VBo Sử dụng đáp tuyến truyền dẫn IC (VBE) để phân tích ngun lý hoạt động mạch KĐCSCT Giả sử VB = 0, ta có đồ thị biểu diễn tín hiệu vào vi Vi cos t dòng IC(t) sau: IC ICm IC VBE(V) vi t Trang 33 t Bài giảng điện tử thơng tin Biên soạn Ths Nguyễn Hồng Huy Hình 3.1 Định nghĩa: góc cắt nửa khoảng thời gian dòng collector tồn chu kỳ tín hiệu Trong KĐCSCT chế độ C mạch phân cực cho góc cắt < 900 (chế độ A có = 180 ; chế độ B có = 900) Phân tích Ic(t) theo chuỗi Furier: I c ( t ) I c0 I c1 cos t I c cos 2 t I c3 cos 3 t I c ( t ) I c0 I c1 cos t I cn cos n t n2 Thành phần dòng chiều: I c0 2 2 I c ( t ) d t ( ) I Cm ICm - biên độ xung dòng Collector; 0() hệ số phân tích hài: sin cos (1 cos ) ( ) Biên độ thành phần dòng hài : ( hài 1) I C1 2 I C ( t ) cos td t ( ) I Cm ( ) sin cos ( cos ) Biên độ thành phần dòng hài n I Cn : 2 I n ( ) C ( t ) cos ntdt n ( ).I Cm sin n cos n cos n sin n(n 1)(1 cos ) n 2,3, Cơng suất nguồn cung cấp P0 I C VCC Cơng suất dòng hài bản: P1 I C1 Req I C1VC1 2 Trong đó: VC1 = IC1.Req biên độ điện áp xoay chiều hài collector Req trở kháng BJT theo hài chế độ xét Cơng suất tiêu tán collector: Ptt = P0 – P1 Hiệu suất tầng khuếch đại: P I V 1 C1 C1 P0 I C VCC với VC1 hệ số sử dụng điện áp nguồn cung cấp VCC Trang 34 Bài giảng điện tử thơng tin Biên soạn Ths Nguyễn Hồng Huy ( ) ( ) Ví dụ: Một mạch khuếch đại cơng suất có 60 , biên độ xung dòng collector 1A Tính cơng suất tiêu tán collector hiệu suất mạch khuếch đại, cho biết trở kháng theo hài 25 áp nguồn cung cấp 12V Giải: tính hệ số phân tích hài sin cos ( ) 0.218 I C ( ).I Cm 0.218.1A 0.218 A (1 cos ) sin cos ( ) 0.391 I C1 ( ).I Cm 0.391.1A 0.391A (1 cos ) Cơng suất nguồn cung cấp: P0 I C VCC 0.218.12 2.6W 1 Cơng suất dòng hài bản: P1 I C21 Req 0.3912.25 1.9W 2 Cơng suất tiêu tán collector: Ptt = P0 – P1 = 0.7W P Hiệu suất 1 0.73 P0 1.1.2 Phương pháp tính tốn tần khuếch đại: Cho tần số lm việc, cơng suất trn tải anten Chọn linh kiện v cc thơng số Chọn phn cực v mạch thích hợp Tính tốn thơng số lượng P0 , P1 , ç1 , Ptiu tn , P i… Tính mạch phối hợp trở khng vo v Cơng suất kích Pi v trở khng vo Zi thơng số tính ngược lại tần trước cuối Vậy 1 tỷ lệ với 3.2 Nhân tần số: Một dạng đặc biệt khuyếch đại chế độ C nhân tần số Từ phân tích hài ta thấy tải cộng hưởng n lần tần số vào thành phần dòng hài ICn tạo nên sụt áp VCn = ICn cos 0t.Req(0t) có tần số gấp n lần tần số vào tức có nhân tần số Nhân tần số nhân độ di tần dùng máy phát FM Ngồi khâu trung gian tạo tần số cao ổn định từ dao động chuẩn thạch anh Để đạt chế độ tối ưu I Cn max n max I C max ,góc cắt cần có n 120 n 120 0.54 P Cơng suất Pn I Cn n max Req (n ) Hiệu suất n n n P0 n Với n tăng, ICn P n giảm nhanh nên thường người ta nhân 2, 3, 4, Để nhân nhiều, nên khuếch đại tầng nhân Mạch thực tế nhân tần khơng đòi hỏi chế độ tối ưu, mà cần lấy tần số mong muốn Nhân tần số thường dùng máy phát FM, PM, để tăng độ di tần, độ di pha số điều chế, thực FM PM dải rộng Trang 35 Bài giảng điện tử thơng tin Biên soạn Ths Nguyễn Hồng Huy 3.3 Đổi tần: Đổi tần q trình dịch chuyển tín hiệu điều chế lên cao (Tx) xuống thấp (Rx) mà giữ ngun cấu trúc phổ ( dạng tín hiệu ban đầu) Nó cho số ưu điểm quan trọng dễ dàng dịch chuyển tín hiệu đến tần số cần thiết, tăng độ chọn lọc, thuận tiện xử lý tín hiệu Đổi tần gọi trộn tần, có ký hiệu dấu nhân Khi trộn hai tín hiệu ngõ vào đổi tần, ngõ có nhiều thành phần tần số fs, fo, mfo n fs Bộ lọc trung tần IF BPF chọn lọc thành phần tần số cần thiết fi mf0 nfi X BPF fs = f + f i f0 Hình 3.2 Thơng thường m = n =1 để mức tín hiệu lớn Tín hiệu có phổ giống tín hiệu ngõ vào đổi tần, dịch chuyển đến vùng tần số cần thiết thuận tiện xử lý tín hiệu 3.4 Trung tần (IF – Intermediate Frequency) 3.4.1 Khuếch đại trung tần Bộ khuếch đại trung tần nằm sau bo đổi tần có nhiệm vụ: Khuếch đại lớn tín hiệu nhỏ sau dổi tần (Rx) đến mức cần thiết giải điều chế Có độ chọn lọc cao (nhờ lọc IF) tín hiệu mong muốn loại nhiễu ngồi băng thơng Có AGC (Automatic Gain Control) tránh q tải giải điều chế, giảm méo giải điều chế hệ thống FM (Frequency Modulation) Mức tín hiệu sau đổi tần khoảng