GiaoTrinhDienTuTruong - Tách sóng.pdf

Tài liệu giáo trình điện từ trường, tách sóng.

60CHỈÅNG 4 TẠCH SỌNG 4.1. Khại niãûm Tạch sọng l quạ trçnh tçm lải tên hiãûu âiãưu chãú. Tên hiãûu sau khi tạch sọng phi giäúng tên hiãûu âiãưu chãú ban âáưu. Thỉûc tãú tên hiãûu âiãưu chãú vs sau khi qua âiãưu chãú v qua kãnh truưn sọng âỉa âãún bäü tạch sọng â bë mẹo dảng thnh v’s. Do mẹo phi tuún trong bäü tạch sọng nãn sau khi tạch sọng ta lải nháûn âỉåüc tên hiãûu v”s khạc våïi v’s. do âọ v”s khạc vs ban âáưu. Vç váûy chäúng mẹo phi tuún l mäüt trong nhỉỵng u cáưu cå bn ca quạ trçnh tạch sọng. 4.2. Tạch sọng biãn âäü 4.2.1. Cạc tham säú cå bn 4.2.1.1. Hãû säú tạch sọng Tên hiãûu vo ca bäü tạch sọng l tên hiãûu â âiãưu biãn : vvTS = VvTS(t) . cos ωtt = VZt cos ωtt Trong âọ : VvTS(t) : biãún thiãn theo qui lût ca tin tỉïc. Tên hiãûu ra bäü tạch sọng : VrTS(t) = KTS.VvTS(t) Våïi: KTS = )t(V)t(VvTSrTS = hãû säú tè lãû v âỉåüc gi l hãû säú tạch sọng VrTS(t), VvTS(t) gäưm cọ thnh pháưn mäüt chiãưu v thnh pháưn xoay chiãưu biãún thiãn cháûm theo thåìi gian: VrTS(t) = V’o + v’s VvTS(t) = V”o + v”s Chè cáưn quan tám âãún thnh pháưn biãún thiãn cháûm (mang tin tỉïc) → hãû säú tạch sọng: KTS = 's"svv v’s v v”s l âiãûn ạp vo v ra ca bäü tạch sọng KTS cng låïn thç hiãûu qu tạch sọng cng cao. Nãúu KTS = Cte thç v’’s tè lãû v’s v bäü tạch sọng khäng gáy mẹo phi tuún, gi l bäü tạch sọng tuún tênh. 614.2.1.2. Tråí khạng vo ca bäü tạch sọng ZvTS = vTSvTSIV Thäng thỉåìng dng v ạp lãûch pha → ZvTS l mäüt säú phỉïc. 4.2.1.3. Mẹo phi tuún Hãû säú mẹo phi tuún : K = ZS3ZS32ZS2I .II ++. 100% IZS, I2ZS, I3ZS . biãn âäü thnh pháưn cå bn v cạc hi ca tên hiãûu âiãưu chãú. Ta khäng quan tám âãún cạc dng âiãûn cao táưn (ti táưn v hai báûc cao ca nọ), vç trong mảch âiãûn bäü tạch sọng cọ thãø dãù dng lc b cạc thnh pháưn ny. 4.2.2. Mảch âiãûn bäü tạch sọng biãn âäü 4.2.2.1. Mảch tạch sọng biãn âäü bàòng mảch chènh lỉu Ta phán têch v tênh toạn âäúi våïi så âäư tạch sọng näúi tiãúp. Khi tên hiãûu vo låïn thç âàûc tuún Volt - Ampe ca diode : iD = ⎩⎨⎧<≥0V00VVSDDD (1) iD = S.VD = S (Vâb - VC) (2) Våïi : Vâb = VT (1 + m cos ωSt) . cos ωtt = Vâb cos ωtt ⇒ iD = S (Vâb. cos ωtt - Vc) (3) Khi cos ωtt = θ thç iD = 0, thay vo biãøu thỉïc (3) ta cọ : 0 = S (Vâb. cos ωtt - Vc) (4) ⇒ Gọc dáùn âiãûn ca diode : cos θ = dbCVV (4’) 0 Hçnh 4.1. Mảch têch sọng biãn âä bàòng mảch chènh lỉu a) Tạch sọng näúi tiãúp b) Tạch sọng song song RCDDCR 62 Khai trióứn iD theo chuọựi Fourrier : iD = Io + I1 cos tt + I2 cos tt + + In cos tt (5) Trong õoù :===ottDnottD1otDotdtni2Itdtcosi2Itdi1I (6) Tờnh bũng caùch thay thóỳ dỏửn ta õổồỹc :Io = )cos(sinU.Sdb (7) I1 = )cossin(U.Sdb (8) Tổỡ doỡng mọỹt chióửu Io ta tờnh õổồỹc õióỷn aùp ra trón taới : Vc = R.Io = S.RVdb (sin - cos) (9) iDiD vDvDtt Hỗnh 4.2. ỷc tuyóỳn cuớa diode vaỡ õọử thở cuớa tờn hióỷu vaỡo ra khi laỡm vióỷc ồớ chóỳ õọỹ CEo 63Thay (9) vo (4’), ta âỉåüc : cosθ = πS.R (sinθ - θ cosθ) (10) ⇒ tg θ - θ = R.Sπ (11) Tỉì (11) ta suy ra : Gọc âiãûn dáùn θ chè phủ thüc vo tham säú mảch âiãûn (S, R) m khäng phủ thüc vo tên hiãûu vo. Do âọ tạch sọng tên hiãûu låïn l tạch sọng khäng gáy mẹo phi tuún. Chụ : phäø ca dng âiãûn iD gäưm cọ cạc thạnh pháưn : mäüt chiãưu. ωt, ωs, ωt ± ωs, nωt ± ωs. Thäng thỉåìng ωt >> ωs do âọ cạc thnh pháưn ωt, ωt ± ωs, v nωt ± ωs âỉåüc loải b dãù dng nhåì mảch lc thäng tháúp. Chè cn thnh pháưn hỉỵu êch : iS = m.S.Vt. cosωt. Âãø trạnh mẹo, trỉåïc khi tạch sọng cáưn phi khúch âải âãø tên hiãûu â låïn âãø âm bo chãú âäü tạch sọng tuún tênh. T = RC l hàòng säú thåìi gian phọng nảp ca tủ âiãûn. Âãø âiãûn ạp ra ti gáưn våïi dảng âỉåìng bao ca âiãûn ạp cao táưn åí âáưu vo, ta phi chn T = RC â låïn. Tuy nhiãn, nãúu chn C quạ låïn thç âiãûn ạp ra khäng biãún thiãn këp våïi biãn âäü âiãûn ạp vo gáy ra mẹo tên hiãûu. Täøng quạt ta chn :st1RC1ω<<<<ω Trong hai så âäư trãn, så âäư tạch sọng näúi tiãúp cọ âiãûn tråí vo låïn hån så âäư tạch sọng song song. Ngoi ra, trãn ti ca så âäư tạch sọng song song cn cọ âiãûn ạp cao táưn, do âọ phi dng bäü lc âãø lc nọ. Vç nhỉỵng l do trãn nãn så âäư tạch sọng song song chè âỉåüc dng trong trỉåìng håüp cáưn ngàn thnh pháưn mäüt chiãưu tỉì táưng trỉåïc âỉa âãún. UC UC t Hçnh 4.3. Âäư thë theo thåìi gian ca tên hiãûu trỉåïc v sau tạch sọng 644.2.2.2 Tạch sọng biãn âäü dng phán tỉí tuún tênh tham säú VdB = Vt (1 + m cosωst) . cosωtt v Vt = Vtcos (ωtt + ϕ) ⇒ Vr = VdB.Vt.K ⇒ Vr = 2KV2t (1 + m cosωst) cosϕ + K.⎟⎠⎞⎜⎝⎛ω+2tcosm1Vs2t.cos (2ωtt + ϕ) (1) Dng mảch lc thäng tháúp cọ thãø tạch ra thnh pháưn tỉí hỉỵu êch : 2KVV2t"S= (1 + m cosωst) . cosϕ) Nháûn xẹt : - Trong phäø âiãûn ạp ra khäng cọ thnh pháưn ti táưn - Mún tạch âỉåüc sọng ut phi cọ táưn säú bàòng táưn säú ti tin ca t/h â âiãưu biãn - Biãn âäü âiãûn ạp âáưu ra phủ thüc vo gọc pha ϕ våïi ϕ l gọc lãûch pha giỉỵa tên hiãûu cáưn tạch sọng v ti tin phủ. - Khi ϕ = 0 ⇒ "SV cỉûc âải, khi ϕ = 0V2"S=→π± - Bäü tạch sọng vỉìa cọ tênh chn lc vãư biãn âäü, vỉìa cọ chn lc vãư pha gi l bäü tạch sọng biãn âäü pha - Âãø tạch sọng cọ hiãûu qu cáưn phi âäưng bäü tên hiãûu vo vti tin phủ vãư táưn säú v gọc lãûch pha. Bäü tạch sọng ny cn cọ tãn gi l bäü tạch sọng âäưng bäü. 4.2.3 Hiãûn tỉåüng phạch v hiãûn tỉåüng chn ẹp trong tạch sọng biãn âäü Âọ l trỉåìng håüp trãn âáưu vo bäü tạch sọng biãn âäü cọ hai dao âäüng cao táưn: tên hiãûu v nhiãùu. 4.2.3.1 Hiãûn tỉåüng phạch Tên hiãûu : v1 = V1 cos ω1t Nhiãùu : v2 = V2 cos ω2t →V= →1V+ →2V= V(t) cos [ω1t + ϕ(t)] Xem →1Vâỉïng n thç →2Vquay quanh 0’ våïi váûn täúc ∆ω = ω2 - ω1. Vç →1V,→2Vcọ táưn säú khäng cäú âënh nãn biãn âäü vectå täøng khäng cäú âënh. p dủng hãû thỉïc lỉåüng trong tam giạc thỉåìng : 0’ 0 ∆ω ω1 ω2 ϕ(t) V1 → V2 → V → K vâbvtvrHçnh 4.4. Mảch têch sọng tên hiãûu dng pháưn tỉí tuún tênh 65 V(t) = t212221cosVV2VV ω∆++ ϕ(t) = arctg . t21t2cosVVsin.Vω∆+ω∆ VrTS = KTS.VvTS = KTS.V1)cos(VV2VV1t122122ω∆++ (*) Váûy âiãûn ạp biãún thiãn theo tên hiãûu ∆ω. Gi l hiãûn tỉåüng phạch. 4.2.3.2 Hiãûn tỉåüng chn ẹp Trỉåìng håüp hai dao âäüng cao táưn tạc âäüng âäưng thåìi lã bäü tạch sọng cọ biãn âäü chãnh lãûch nhau nhiãưu gi l hiãûn tỉåüng chn ẹp. Tên hiãûu låïn chn tên hiãûu bẹ, biãøu hiãûn tênh chn lc theo biãn âäü ca bäü tạch sọng. Chàóng hản våïi biãøu thỉïc (*) åí trãn ta tháúy khi biãn âäü tên hiãûu V1 >> so våïi biãn âäü nhiãùu V2 thç lỉåüng 2122VVv 2.12VVcos (∆ωt) nh, nghéa l tạc dủng chn lc cuat bäü tạch sọng biãn âäü ráút cọ låüi. 4.3 Tạch sọng tên hiãûu âiãưu táưn 4.3.1 Khại niãûm Tạch sọng tên hiãûu âiãưu táưn l quạ trçnh biãún âäøi lãûch táưn säú tỉïc thåìi ca tên hiãûu thnh biãún thiãn âiãûn ạp åí âáưu ra. Âàûc tuún truưn âảt ca bäü tạch sọng biãøu diãùn quan hãû giỉ âiãûn ạp ra v lỉåüng biãún thiãn ca táưn säú åí âáưu vo. Âãư hản chãú mẹo phi tuún, phi chn âiãøm lm viãûc trong phảm vi tỉång âäúi thàóng ca âàûc tuún truưn âảt. (âoản AB). Hãû säú truưn âảt ca bäü tạch sọng l âäü däúc låïn nháút trong khu vỉûc lm viãûc ca âàûc tuún truưn âảt. vS ∆f A B Hçnh 4.5. Så âäư cạc vectå âiãûn ạp tên hiãûu Hçnh 4.6. Âàûûc tuún truưn âảt ca bäü tạch sọng 66 Sf = fddvs∆∆f = 0 Tạch sọng táưn säú v tạch sọng pha thỉåìng âỉåüc thỉûc hiãûn theo mäüt trong nhỉỵng ngun tàõc sau âáy : 1. Biãún tên hiãûu âiãưu táưn hồûc âiãưu pha thnh tên hiãûu âiãưu biãn räưi tạch sọng biãn âäü. 2. Biãún âiãưu táưn thnh âiãưu räüng xung räưi tạch sọng nhåì mảch têch phán. 3. Lm cho táưn säú ca tên hiãûu âiãưu táưn bạm theo táưn säú ca mäüt bäü dao âäüng nhåì hãû thäúng vng giỉỵ pha PLL, âiãûn ạp sai säú chênh l âiãûn ạp cáưn tạch sọng. 4.3.2 Mảch âiãûn bäü tạch sọng táưn säú 4.3.2.1 Mảch tạch sọng pha cán bàòng dng diode (DISCRIMINATOR) Gäưm hai mảch tạch sọng biãn âäü dng diode ghẹp våïi nhau. Biãøu thỉïc ca tên hiãûu âiãưu pha v mäüt dao âäüng chøn âỉåüc biãøu diãùn : vdf = V1.cos [ω01t + ϕ(t) + ϕ01] = V1 . cosϕ1 (t) vch = V2.cos (ω02t + ϕ02) = V2 . cosϕ2 (t) Âiãûn ạp âàût trãn hai bäü tạch sọng biãn âäü : (diode D1, D2) vD1 = V1.cos [ω01t + ϕ(t) + ϕ01] + V2 cos (ω02t + ϕ02) = V1.cosϕ1 (t) vD2 = - V1.cos [ω01t + ϕ(t) + ϕ01] + V2 cos (ω02t + ϕ02) = V1 . cosϕ1 (t) p dủng tênh cháút ca hãû thỉïc lỉåüng trong tam giạc thỉåìng ta tênh âỉåüc âiãûn ạp ra trãn hai ti R, C : VR1(t) = vS1 = KTS . vD1 = KTS . )t(cosVV2VV212221ϕ∆++ vD1 vD2 ∆ϕ(t) V1 → -V1 → V2 → vchRRCCD1D2vdfvSHçnh 4.7. Mảch sọng pha cán bàòng dng diode v âäư thë vectoe tên hiãûu 67 VR2(t) = vS2 = KTS . vD2 = KTS . )t(cosVV2VV212221ϕ∆−+ KTS : hãû säú truưn âảt ca bäü tạch sọng biãn âäü. KTS = tSmVV ∆ϕ(t) : hiãûu pha ca hai âiãûn ạp vo : ∆ϕ(t) = (ω01- ω02)t + ϕ(t) + ϕ01 - ϕ02 Âiãûn ạp ra trãn bäü tạch sọng : vs = vS1 - vs2 = KTS [)t(cosVV2VV212221ϕ∆++-)t(cosVV2VV212221ϕ∆−+] ⇒ vs : phủ thüc vo hiãûu pha ca tên hiãûu âiãưu pha v tên hiãûu chøn. Trỉåìng håüp ω01= ω02 ; ϕ01 = ϕ02 ⇒ vs phủ thüc vo ϕ(t) + vs : âảt cỉûc âải ⇔ ∆ϕ = 0,2π; 4π. + vs : âảt cỉûc tiãøu ⇔ ∆ϕ = π; 3π; 5π + vs = 0 ⇔ ∆ϕ = (2n + 1) 2π (våïi n = 0, 1, 2 .) 4.3.2.2. Bäü tạch sọng táưn säú dng mảch lãûch cäüng hỉåíng Mảch cäüng hỉåíng 1 : cäüng hỉåíng åí táưn säú ω1 Mảch cäüng hỉåíng 2 : cäüng hỉåíng åí táưn säú ω2 Gi ω0 = ωt l táưn säú trung tám. ω1 = ω2 + ∆ω0 ω2 = ω0 - ∆ω0 D2C2C1RRCCD1vdtVS Hçnh 4.8. Bäü tạch sọng táưn säú dng bäü lãûch cäüng hỉåíng 68Biãn âäü U1, U2 thay âäøi phủ thüc vo sỉû sai lãûch táưn säú ω1, ω2 so våïi táưn säú cäüng hỉåíng riãng ca mảch 1 v 2, nghéa l biãún thiãn theo âiãûn ạp vo : V1 = Km.Vdt .Z1; K : hãû säú quy âäøi cho âụng thỉï ngun hai vãú, K = Ω1 V2 = Km.Vdt .Z2 m : hãû säú ghẹp biãún ạp : m = LM Z1, Z2 : tråí khạng ca hai mảch cäüng hỉåíng 1 v 2. Z1 = 201td2o21td)(1R)(Q21Rυ−υ+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ωω−ω+ Z2 = 202td2o22td)(1R)(Q21Rυ−υ+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ωω−ω+ Rtd1, Rtd2 : tråí khạng ca hai mảch cäüng hỉåíng 1 v 2 tải táưn säú cäüng hỉåíng ω1 v ω2. Q1, Q2 : hãû säú pháøm cháút. Chn hai mảch cäüng hỉåíng nhỉ nhau : ⇒ Rtd1 = Rtd2; Q1 = Q2 = Q Do = 2Q 02,10ωω−ω : âäü lãûch táưn tỉång âäúi giỉỵa táưn säú cäüng hỉåíng riãng ca mảch âiãûn âäüng v táưn säú trung bçnh ca tên hiãûu vo. D = 2Q 000ωω−ω : âäü lãûch táưn säú tỉång âäúi **** táưn säú tên hiãûu vo v táưn säú trung bçnh. Khi tên hiãûu ω vo thay âäøi thç υ thay âäøi ⇒ Z1, Z2 thay âäøi ⇒ V1, V2 thay âäøi. Nghéa l quạ trçnh biãún âäøi âiãưu táưn thnh tên hiãûu âiãưu biãn. Sau khi qua hai bäü tạch sọng (D, R) ⇒ ta nháûn âỉåüc cạc âiãûn ạp ra : 69 vS1 = KTS.V1 = KTS.m.Vdt . 2o1)(1Rdtυ−υ+ vS2 = KTS.V2 = KTS.m.Vdt . 2o2)(1Rdtυ+υ+ Âiãûn ạp ra täøng : vS = vS1 - vS2 = KTS.m.Rtd.Vtd.Ψ (υo, υ) khi υ = +υo ⇒ Ψ = 1 - 2o411υ+ khi υ = -υo ⇒ Ψ = 2o411υ+- 1 < 0 Trong âọ : Ψ (υo, υ) = 2o)(11υ−υ+-2o)(11υ+υ+ Ψ ⇒ Ψmax khi υ = -υo = +υo Âäü däúc ca âàûc tuún truưn âảt âỉåüc xạc âënh : Sf = 0ffddus=∆∆ = KTS.m.Vdt.Rtd.0υd),(do=υυυΨ Sf = 232oooTS)1(2:fVtd.Rtd.m.Kυ+υ (*) Váûy Sf phủ thüc vo υo. Âảo hm (*) theo υo v xẹt cỉûc trë ta tháúy Sf = Sf max khi υo = ± 21. Váûy mún hãû säú truưn âảt cỉûc âải phi chn lỉåüng lãûch táưn ∆ωo theo âiãưu kiãûn sau âáy : ∆ωo = Q.221Q2oooω±=υω Nhỉåüc âiãøm ca mảch tạch sọng cäüng hỉåíng : khọ âiãưu chènh cho hai mảch cäüng hỉåíng hon ton âäúi xỉïng, nãn êt âỉåüc dng). [...]... tiãúp. Khi tên hiãûu vo låïn thỗ õỷc tuyóỳn Volt - Ampe cuớa diode : i D = ⎩ ⎨ ⎧ < ≥ 0V0 0VVS D DD (1) i D = S.V D = S (V âb - V C ) (2) Våïi : V âb = V T (1 + m cos ω S t) . cos ω t t = V âb cos ω t t ⇒ i D = S (V âb . cos ω t t - V c ) (3) Khi cos t t = thỗ i D = 0, thay vo biãøu thỉïc (3) ta cọ : 0 = S (V âb . cos ω t t - V c ) (4) ⇒ Gọc dáùn âiãûn ca diode : cos θ = db C V V . vS = vS1 - vS2 = KTS.m.Rtd.Vtd.Ψ (υo, υ) khi υ = +υo ⇒ Ψ = 1 - 2o411υ+ khi υ = - o ⇒ Ψ = 2o411υ +- 1 < 0 Trong âọ : Ψ (υo, υ) = 2o)(11υ−υ +-2 o)(11υ+υ+. : ∆ϕ(t) = (ω0 1- ω02)t + ϕ(t) + ϕ01 - ϕ02 Âiãûn ạp ra trãn bäü tạch sọng : vs = vS1 - vs2 = KTS [)t(cosVV2VV212221ϕ∆+ +-) t(cosVV2VV212221ϕ∆−+]