1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Bài giảng Chương 1: Điện tử cho Công nghệ thông tin - Trần Tuấn Vinh

65 440 0

Đang tải... (xem toàn văn)

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

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Đến với Bài giảng Chương 1: Điện tử cho Công nghệ thông tin của Trần Tuấn Vinh các bạn sẽ được tìm hiểu chuỗi Fourier và phân tích tín hiệu; phép biến đổi Fourier; ảnh hưởng của bộ lọc lên tín hiệu; méo hài và méo pha;...

Điện tử cho Cơng nghệ thơng tin Thời lượng : 60  tiết Nội dung Chương 1: Phổ tín hiệu Chương 2: Các bộ khuếch đại tần số sóng Radio Chương 3: Các mạch tạo dao động Chương 4: Điều chế và hệ thống điều chế biên độ Chương 5: Điều chế tần số và pha Chương 1. Phổ tín hiệu Giới thiệu chung Chuỗi Fourier và phân tích tín hiệu Phép biến đổi Fourier Ảnh hưởng của bộ lọc lên tín hiệu Méo hài và méo pha Các tín hiêu bất định Giới thiệu chung Trong cuộc sống có rất nhiều loại tin hiệu khác nhau  như tín hiệu song radio, tín hiệu song truyển hình,  điện thoại di động… mặc dù khi dung các thiết bị  thu và hiển thị tín hiệu ta có thể thấy các tín hiệu này  rất phúc tạp và khó phân tích.  Tuy nhiên về bản chất các tín hiệu này đều có thể  phân tích và biểu diễn lại dưới dạng các hàm tốn  học khơng q phúc tạp Phân tích tín hiệu rất quan trọng trong lý thuyết  thơng tin, thiết kế mạch, thiết kế hệ thống. Nhằm  mục đích phán đốn và tìm hiểu phản ứng của hệ  thống và mạch điện, chúng ta sử dụng kết quả của  Giới thiệu chung Đầu ra của một nguồn hình sin có thể viết như một  hàm của thời gian: v(t)=A sin2 fot, Với A là biên độ,  fo là tần số, t là biến thời gian Khi có méo, các hài bậc cao của tần số cơ bản f0  (nf0) tồn tại. Cùng với thành phần một chiều, tín  hiệu có thể xác định là tổng của các giá trị tức thời  của mỗi thành phần: Giới thiệu chung v(t)= Vdc +V1 sin2 fot +V2 sin2 (2fo )t +… +Vn sin2 nfot             (1­1)  n là bậc của sóng hài và nfo là tần số thứ n của tần số cơ bản Cơng thức này có thể viết ngắn gọn hơn như sau:                       Vn sin nf t n  v(t)= Vo +                              (1­2)  Vo  là giá trị trung bình của tín hiệu,   Vn sin2 nfot biểu diễn sự biến đổi của tín hiệu so với giá trị trung  bình.  Chuỗi Fourier Cho tín hiệu xung vng qua bộ lọc thơng giải hẹp  và đo điện áp tại đầu ra bằng Volmet Bộ lọc thơng giải hẹp ( gần lý tưởng) chỉ cho các tín  hiệu có tần số bằng giá trị trung tâm của bộ lọc đi  qua Chuỗi Fourier Tại f=0, ta nhận được một hiệu điện thế A/2.   Giá trị trung bình của xung vng vào với đỉnh là A.   Tồn tại một thành phần một chiều DC  Nếu tần số trung tâm của bộ lọc tăng dần từ giá trị 0 cho  đến fo là tần số cơ bản của tín hiệu, Volmet chỉ biên độ  hài bậc nhất bằng 2A/  Volmet sẽ chỉ các giá trị   0 ứng với các giá trị tần số là  bội số ngun lần của fo   Với xung vng đang xét chỉ tồn tại các hài bậc lẻ. Điều  này sẽ được phân tích bằng khai triển tốn học chuỗi  Fourier Chuỗi Fourier Chuỗi Fourier viết cho một hàm v(t), là một hàm của  thời gian và tuần hồn với chu kì T v(t) =V0 +   Với n =1 (a n  cos2Πnf o t +  b n  sin2Πnf o t)  (1-3) Ví dụ 1.1  Hàm tuần hồn có chu kỳ T được định nghĩa như sau: Ta có : Ảnh hưởng của bộ lọc lên tín hiệu  Giả thiết có một sóng vng tần số 1kHz  được cho qua  một bộ lọc lý tưởng. Oscilloscope sẽ cho ta thấy những  gì ở đầu ra ?  Tín hiệu xung vng biên độ 4V được đưa vào bộ lọc  thơng thấp (LPF) Ảnh hưởng của bộ lọc lên tín  hiệu  Về tốn học ta phân tích tín hiệu vào biên độ 4V thành  các thành phần như sau:  Đường cong đáp ứng tần số cho thấy hệ số truyền đạt  thay đổi với các thành phần tần số đầu vào. Ta thấy đặc  tuyến uốn cong (suy giảm) tại các tần số cao.   Tín hiệu ra có phổ tần số như hình (c). Trên phổ tần tín  hiệu ra chỉ còn lại thành phần tín hiệu có tần số cơ bản  1kHz và thành phần một chiều (có hệ số qua bộ lọc là 1),  các thành phần tần số còn lại đều đã bị triệt tiêu Ảnh hưởng của bộ lọc lên tín  hiệu Ví dụ 1­5:  Cho tín hiệu có dạng như hỉnh  vẽ: Vẽ các sóng hài và dạng sóng  tổng đầu ra cho 3 thành phần  khác khơng đầu tiên của sóng  vng biểu diễn trên hình 3­ 10.b . Đây là tín hiệu ra sau  bộ lọc thơng thấp có tần số  cắt là  f   5f0 Biểu diễn kết quả của méo  pha trên sóng vng đã bị lọc  tần số như đã quan sát thấy  trên oscilloscope. Cho hài đầu  Ví dụ 1­5:  Chuỗi Fourier của v(t), trong trường hợp này với biên độ  bằng 4,71 V là: v(t)=[4(4.71)/ ][sin( )+(1/3)sin3  + (1/5)sin5 +…]   Trong đó 2 f0t được thay bởi  , như vậy ta có thể vẽ v(t)  cho nhiều pha   khác nhau. Các thành phần riêng lẻ được  vẽ trên hình dưới. Về mặt tốn học, tín hiệu được viết  như sau: Ví dụ 1­5: Ví dụ 1­5:  Bây giờ, giữ ngun các sóng hài thứ hai và thứ ba, dịch  pha thành phần cơ bản tần số f0 sang phải 300 sau đó vẽ  đồ thị tổng. Đồ thị tổng được vẽ trên hình Méo hài và méo pha  Kết  quả  trong  ví  dụ  1­5  cho  ta  thấy ý nghĩa của méo hài và méo  pha.   Giả thiết một máy phát sóng hình  sin tần số 1kHz được nối vào bộ  khuếch    đại  hai  tầng  như  trên  hình.   Nếu điện áp đầu ra của máy phát  được  đặt  ở  mức  cao  đến  2V  thì  trên  collector    Q1  tín  hiệu  sẽ  có  dạng  gần  như  một  sóng  vng  tuỳ  thuộc  vào  mức  độ  hạn  chế  biên độ.   Nếu bộ khuếch đại được dùng là  khuếch đại tuyến tính thì tín hiệu  Méo hài và méo pha  Kết quả đầu vào bộ khuếch đại là một sóng sin mà ở đầu  ra xuất hiện các hài của nó. Hiện tượng như vậy gọi là  méo hài (harmonic distortion). Như vậy, méo biên độ làm  xuất hiện méo hài  Tín hiệu vào cho tầng thứ hai của bộ khuếch đại là xung  vng. Tuy nhiên, nếu điện kháng của tụ ghép ở tần số  1kHz là Xc (Rc+RL), thì thành phần tần số cơ bản 1kHz  khơng bị suy giảm biên độ nhiều nhưng sẽ bị dịch pha  như đi qua hệ thống pha tuyến tính, và kết quả là tín hiệu  ra V0 bị nghiêng và sụt đỉnh như biểu diễn trên hình.  Hiện tượng như vậy gọi là  méo pha Méo hài và méo pha  Một hệ pha tuyến tính là một hệ trong đó đáp ứng pha  của nó tỉ lệ trực tiếp với  tần số. Điều này được minh  hoạ bằng bộ lọc thơng thấp trên hình    Về mặt tốn học, hệ pha tuyến tính là hệ trong đó  là hằng số / f  Méo hài tổng cộng    Méo hài tổng cộng(THD) được cho trong thơng số kỹ  thuật của hầu hết các bộ khuếch đại tuyến tính.   Nó có thể dễ dàng đo được với một bộ  phân tích sóng  như trong hình 1­1 hay một bộ phân tích phổ.   Tín hiệu sin  (được coi như lý tưởng) được đưa vào đầu  vào của bộ khuếch đại, biên độ của các sóng hài đo được  trên đầu ra được so sánh với tần số cơ bản để xác định  phần trăm méo tại mỗi tần số.   Tại một thời điểm, nếu biên độ của hài bậc hai là 2V,  biên độ của thành phần tần số cơ bản là 10V, thì  méo hài  thứ hai là: D2=2/10=0.2 hay 20% Méo hài tổng cộng  THD được tính theo cơng thức như sau: TDH=  ( D2 ) ( D3 ) ( Dn ) Với Dn là hệ số méo của mỗi sóng hài Các tín hiệu bất định Phần trước chúng ta đã nghiên cứu phổ tần số của  các tín hiệu xác định: đó là các tín hiệu biết trước  biên độ, dạng sóng, quan hệ của pha và tần số tín  hiệu Nếu thơng tin được xử lý bằng mạch điện, chúng ta  sẽ phải giải quyết vấn đề tín hiệu bất định. Tức là,  tín hiệu khơng thể dự đốn (tính) được tại mỗi một  thời điểm. tín hiệu như vậy được xem xét trên quan  điểm thống kê và trung bình thời gian Các tín hiệu bất định thường gặp là âm thanh, tiếng  nói, hình ảnh, nhiễu ngẫu nhiên  Do hầu hết các  tín hiệu cần xử lý là bất định, chúng ta cần sử dụng  Các tín hiệu bất định   Các tín hiệu điện từ âm thanh, hình ảnh, dữ liệu chương  trình… thay đổi liên tục một cách khơng xác định theo  thời gian. Do đó, các thơng số của chúng thường là trị  trung bình thời gian, biên độ và tần số tương đối.Ví dụ  như tiếng nói, thơng thường có năng lượng lớn trong  vùng tần số thấp, và năng lượng thấp hơn trong vùng tần  số cao. Dạng sóng và phổ tín hiệu  được vẽ trên hình Các tín hiệu bất định  Các thành phần tần số sẽ thay đổi khi âm nhạc thay đổi,  nhưng giá trị trung bình của năng lượng sẽ giảm  đến  một giá trị khơng đáng kể tai fmax, như minh hoạ trên hai  phổ lý tưởng của hình. Các tín hiệu bất định khác, đặc  biệt là nhiễu, sẽ được nghiên cứu trong chương sau ...Nội dung Chương 1: Phổ tín hiệu Chương 2: Các bộ khuếch đại tần số sóng Radio Chương 3: Các mạch tạo dao động Chương 4: Điều chế và hệ thống điều chế biên độ Chương 5: Điều chế tần số và pha Chương 1. Phổ tín hiệu... nfot biểu diễn sự biến đổi của tín hiệu so với giá trị trung  bình.  Chuỗi Fourier Cho tín hiệu xung vng qua bộ lọc thơng giải hẹp  và đo điện áp tại đầu ra bằng Volmet Bộ lọc thơng giải hẹp ( gần lý tưởng) chỉ cho các tín  hiệu có tần số bằng giá trị trung tâm của bộ lọc đi ... Phân tích tín hiệu rất quan trọng trong lý thuyết  thơng tin,  thiết kế mạch, thiết kế hệ thống. Nhằm  mục đích phán đốn và tìm hiểu phản ứng của hệ  thống và mạch điện,  chúng ta sử dụng kết quả của  Giới thiệu chung

Ngày đăng: 12/02/2020, 15:42

Xem thêm:

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

Mục lục

    Hàm chẵn, hàm lẻ trong khai triển Fourier

    Chuỗi Fourier dạng e mũ phức

    Chuỗi Fourier dạng e mũ phức

    Chuỗi Fourier của các dạng sóng khác

    Chuỗi Fourier của các dạng sóng khác

    Chuỗi Fourier của các dạng sóng khác

    Duty cycle của xung tín hiệu

    Duty cycle của xung tín hiệu

    Duty cycle của xung tín hiệu

    Duty cycle của xung tín hiệu

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w