BÀI GIẢNG MẠCH ĐIỆN TỬ 3

MẠCH ĐIỆN TỬ 60 TIẾT NỘI DUNG MÔN HỌC • • • • • Chương Mạch Lọc Chương Khuếch Đại công suất cao tần nhân tần Chương Mạch Dao động tổng hợp tần số Chương Điều chế tương tự Chương Máy Phát máy thu Tài liệu tham khảo: [1] Giáo trình Điện tử thông tin - Phạm Hồng Liên , Nhà xuất ĐHQG TP HCM [2] Mạch điện tử - Mạch điện tử thơng tin , Hồng Đình Chiến , Nhà xuất ĐHQG TP HCM [3] Electronic communication technology , James K Hardy, PrenticeHall [4] RF Microelectronics , Behzad Razavi , Prentice-Hall Chương Mạch Lọc • Mạch lọc thụ động – Mạch lọc thông thấp, thông cao RC bậc – Mạch lọc RLC bậc • Mạch lọc tích cực – Mạch lọc tích cực bậc – Mạch lọc tích cực bậc – Mạch lọc thông dải Giới thiệu 3.5V 3.0V 2.0V 1.0V Vs 0V 1.00us 1.05us V(L1:1) 1.10us 1.15us 1.20us 1.25us 1.30us 1.35us 1.40us 1.45us 60MHz 70MHz 80MHz 90MHz 1.50us Time 1.5V 1.0V 0.5V 0V 0Hz 10MHz V(L1:1) 20MHz 30MHz 40MHz 50MHz Frequency 100MHz V V V 0V 0Hz 0M Hz V (L1: 1) 20MH z 30M Hz 0M Hz 50 MHz 60M Hz 0M Hz 80 MHz 90 MH z 100M Hz 60 M Hz MH z 80MHz 90 M H z 00 M Hz 30 us 35 us 1.4 0u s 45u s 1.5 0u s Fr eq ue ncy 0V 5V Vs R L 0 0V Hz 0M H z V( R3 : ) 0M Hz 0M H z 0M H z 50 M H z F re qu e n c y 5V 0V 0V - 0V 00 us 05 us 10 us V(R 3: 2) V (L 1: 1) 15 us 20 us 1.2 5u s Ti me 1.5 V 1.0 V 0.5 V 0V 0Hz 10MHz V(L1:1) 20MHz 0MH z 40MHz 50MH z 60MHz 70M Hz 80MH z 90 MHz 100MHz 60M Hz 0M Hz 80 MHz 90 MH z 100M Hz 1.30us 1.35us 1.40us 1.45us Fr equ ency V Vs R L V 0 0V 0Hz 0M Hz V (R4: 1) 20MH z 30M Hz 0M Hz 50 MHz Fr eq ue ncy 3.5V 2.0V 0V -1.0V 1.00us 1.05us 1.10us V(L1:1) V(R4:1) 1.15us 1.20us 1.25us Time 1.50us Đáp ứng mạch lọc H ( jω ) dB |H(jw)|dB Mạch lọc với điểm cực thực (Real poles) Hàm truyền: H ( s) = H (s) = n  s  +  ÷ ω    ω  1 +  ÷   ω0   Tần số cắt: n  ÷ ÷  Mạch lọc có đáp ứng phẳng tối đa (Butterworth) Hàm truyền: Tần số cắt: H (s) = B( s) ωC Đặc tính mạch lọc Butterworth •Đáp ứng phẳng tối đa dải thơng •Độ suy giảm ngồi dải thơng dốc lọc Bessel điểm cực thực bậc •Đáp ứng hàm nấc (step) có độ vột lố cao dao động tắt dần •Dạng mạch lọc sử dụng phổ biến H ( jω ) = 1 + jω.RC H ( jω ) dB • Module: H ( jω ) = H ( jω ) = H ( jω ) e j ϕ (ω ) 1 + ( ω RC ) • Argument: Arg ( H ( jω ) ) = −arctg (ω RC ) Arg ( H (ω ) ) 00 • Tần số cắt: ωC = RC −450 −900 ωC ω  Mạch lọc thông cao RC bậc C + Vin − Vout ( S ) R H (S ) = = Vin ( S ) R + SC R + Vout − SRC ⇒ H (S ) = + SRC ⇒ H ( jω ) = jω.RC + jω.RC • Module: H ( jω ) = ω RC + ( ω RC ) H ( jω ) dB • Argument: Arg ( H ( jω ) ) = 900 − arctg (ω RC ) 0dB −60dB 900 450 • Tần số cắt: ωC = RC 00 ωC  Mạch lọc RLC bậc  Mạch lọc thông thấp LC L + Vin C RL + VL − − // RL VL ( S ) H (S ) = = SC Vin ( S ) SL + // R L SC RL RL • // RL = SC = SC + RL + SRL C SC RL + SRLC RL ⇒ H (S ) = = RL S RL LC + SL + RL SL + + SRLC Đặt: ω = LC 2α = RL C LC = 1 S +S + RLC LC ω02 ⇒ H (S ) = S + 2α S + ω02 ω02 H (S ) = = S + 2α S + ω02 S 2α + S +1 ω0 ω0 S Chuẩn hoá: S n = ⇒ H ( Sn ) = ω0 S n2 + 2α Sn + ω0 { 2α 1 = = ω0 RL C ω0 Q ⇒ H (Sn ) = 1 S n2 + S n + Q Nếu tín hiệu tín hiệu điều hoà: thay S n = jωn ⇒ H ( jωn ) = ( jωn ) + j ωn + Q = ( − ωn2 ) + j ωn Q ωn = Q= ω ω0 RL ω0C Biên độ: H ( jωn ) = ( 1− ω ) 2 n 1  +  ωn ÷ Q  H ( jωn ) dB = 20 log H ( jωn ) = −20 log Pha: ωn Q Arg [ H ( jωn ) ] = −artg − ωn2 (1− ω ) 2 n 1  +  ωn ÷ Q  H ( jωn ) [ dB ] Q=4 15 Q=2 Q = 0.5 Q =1 -20 ωn = -40 100m 300m 1.0 3.0 10 -0d -50d -100d -150d -200d 100m 300m 1.0 3.0 10 ω ω0 Mạch lọc tích cực Mạch lọc tích cực bậc Vi R V+ + Vo C H (S ) = - AV = R1 Mạch lọc thông thấp bậc ⇒ H ( Sn ) = AV Sn + R1 +1 R2 V+ ( S ) VC ( S ) = = SC = Vi ( S ) Vi ( S ) R + 1 + SRC SC R2 S n = S RC V0 ( S ) V0 ( S ) V+ ( S ) V (S ) = = AV + Vi ( S ) V+ ( S ) Vi ( S ) Vi ( S ) ωC = RC −20dB / dec ωC C1 Vi H (S ) = R2 R1 Zf V0 ( S ) AV R2 R 1 =− =− =− = Vi ( S ) R1 R1 + SR2C1 R1 + SR2C1 + SR2C1 + Vo AV = − R2 , ωC = R1 R2C1 Mạch thông thấp bậc −20dB / dec ωC R2 Vi R1 C1 Vo + Mạch lọc thông cao bậc S n = S R1C1 H (S ) = ⇒ H ( S n ) = AV V0 ( S ) AV R R2 R =− =− =− = Vi ( S ) Zi R1 + 1/ SC1 R1 + 1+ SR1C1 SR1C1 1+ ωC = Sn 20dB / dec ωC R1C1 Mạch lọc tích cực bậc C1 R R C2 Vi R R C2 Vo + Mạch hồi tiếp âm vòng ω02 = R 2C1C2 H (S ) = b1 = 2ω0 RC1 =  2 b2 = ω0 R C1C2 = V0 ( S ) = Vi ( S ) + 2ω0 RC1S + ω02 R 2C1C2 S ⇒ R, C1 , C2 −40dB / dec ω0 C2 Vi R1 R2 + Vo C1 - H (S ) = Mạch lọc thông thấp hồi tiếp dương ω = R1 R2C1C2 V0 ( S ) = Vi ( S ) + C1 ( R1 + R2 )ω0 S + ω02 R1 R2C1C2 S b1 = ω0C1 ( R1 + R2 ) =  b2 = ω0 R1 R2C1C2 = Chọn: ω0 ,C1 ⇒ C2 b1C2 ± b C − 4b2C1C2 ⇒ R1,2 = 4π f 0C1C2 −40dB / dec 2 ω0 R2 Vi C C + Vo R1 - Mạch lọc thông cao hồi tiếp dương ω02 = R1 R2C H (S ) =  b =  ω RC =   b = =1 2  ω0 R1 R2C 40dB / dec ωC V0 ( S ) = Vi ( S ) + 1 + ω0 R1C S ω0 R1R2C S ⇒ R1 = R , R1 = ω0 C Mạch lọc Thông dải Lọc thông cao f C = f1 Lọc thông thấp fC = f f1 f2 f1 f2 C2 H (S ) = Vi R1 R2 C1 - V0 ( S ) Z =− Vi ( S ) Z1 Z1 = R1 + Vo + 1 + SR1C1 = SC1 SC1 SC2 R2 Z2 = = 1 + SR2C2 R2 + SC2 R2 Mạch lọc thông dải bậc ⇒ H (S ) = − SR2C1 (1 + S R1C1 )(1 + S R2C2 ) { { ω1 +20dB / dec ω2 ω1 ω2 −20dB / dec