Bài giảng Vô tuyến điện đại cương, chương 11 trang bị cho người học những kiến thức về dao động. Nội dung trình bày gồm có: Tiêu chuẩn cho dao động, dao động Clapp, dao động biến thiên tần số, giới hạn độ lợi, dao động tinh thể.
VƠ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG TS Ngơ Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2016 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tài liệu tham khảo [1] David B Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999) [2] Dennis L Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011) [3] Jon B Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009) [4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT [5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/votuyendien/ Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 CHƯƠNG 10 Dao Động Tiểu chuẩn cho dao động Dao động Clapp Dao động biến thiên tần số Giới hạn độ lợi Dao động tinh thể Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tiểu chuẩn cho dao động Criteria for Oscillation Tiêu chuẩn chung: Bộ khuếch đại : G Tín hiệu vào x tín hiệu y Mạch hồi tiếp đặc trưng độ suy hao L • Tất đại lượng số phức Nếu G L : x y phải zero => dao động Nếu G L : biên độ pha • Biên độ : • Pha : • Biên độ suy hao đường nằm ngang Độ lợi độ dịch pha mạch khuếch đại phải bù lại phần suy hao mạch hồi tiếp Tiêu chuẩn biên độ : Tiêu chuẩn pha : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Dao động Clapp Clapp Oscillator Mạch dao động biến cộng hưởng LC VFO : Variable-frequency oscillator Mạch dao động sử dụng JFET cực nguồn dẫn theo Mạch dao động Colpitts : hồi tiếp qua mạch chia tụ điện Mạch dao động Hartley : hồi tiếp qua cuộn cảm Mạch dao động Clapp Gần giống với mạch dao động Colpitts Còn gọi mạch JFET VFO Mạch Clapp tương đương cho tín hiệu bé JFET thay nguồn dòng, nguồn cung cấp tiếp mát Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Dao động Clapp Phân tích mạch: Điện áp gate-source : • Tương ứng với tín hiệu vào x • Dòng qua cực máng Id : ~ y • Độ lợi tín hiệu bé: • Khơng có dịch pha Điều kiện cộng hưởng : • Điện kháng hai nhánh mạch hồi tiếp phải triệt tiêu lẫn • Điện dung mạch nối tiếp • Thay vào ta có • Dòng điện nhánh hồi tiếp : • Điện áp gate-source : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Dao động Clapp Điện áp cực source : Viết lại điện áp gate-source : Độ suy hao : Độ lợi ban đầu phải thoả mãn điều kiện: Điện áp cực gate : Xét trường hợp : Ta có: Độ suy hao Điều kiện ban đầu : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Dao động biến thiên tần số Variable-Frequency Oscillator Xét hệ số nhiệt đại lượng x bất kỳ: Biểu diễn qua hàm logarithm Xét tần số cộng hưởng Biểu diễn qua hàm logarithm Hệ số nhiệt độ tần số • : hệ số nhiệt cuộn cảm tụ điện Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Giới hạn độ lợi Gain Limiting Mạch VFO (Variable-frequency oscillator) Độ lợi phụ thuộc vào diode tách sóng (detector) • Diode tách sóng bắt đầu dẫn điện áp cực gate cực đại dương • Khi diode dẫn, kéo hạt tải chạy qua tụ điện, làm cho cực gate phân cực âm => làm giảm độ lợi ban đầu gm Khi điều kiện đầu thoả mãn dao động tăng : • Dao động không tăng điều kiện ban đầu thoả mãn điều kiện (cân bằng) Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 10 Giới hạn độ lợi Điện áp cực gate sourse : • Cả hai điện áp có dạng sóng hình sin Điện áp đỉnh đối đỉnh cực source : V Điện áp đỉnh đối đỉnh cực gate : 2V Trong dao động biến tần VFO: Điện áp bù cực gate: • Vf : điện áp chuyển cho diode giới hạn Điện áp cực gate-sourse = hiệu điện áp Điện áp cực đại cực gate-sourse : Thay cơng thức vào ta có Ngơ Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 11 Giới hạn độ lợi Xét JFET trạng thái khởi động Định nghĩa : Độ hỗ dẫn tín hiệu lớn V, I : giá trị đỉnh-đỉnh thành phần • V : điện áp gate-source; I : dòng drain (cực máng) Điều kiện dao động : Dòng điện cực drain : • Idss : dòng điện áp Vgs = ; • Vc : điện áp cắt (để dòng = 0), điện áp cut-off Điện áp DC qua cực drain xác định qua dòng cực đại drain : Sử dụng biểu thức gần Cuối ta có : Ngơ Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 12 Dao động tinh thể Crystal Oscillators Mạch dao động thạch anh, mạch tương đương Mạch cực phát dẫn Điện trở nội phân cực : Re, Rb ; Ra : điện trở tải nội (internal) C1, C2 : tụ điện ngồi, đóng vai trò mạch chia điện áp X : cộng hưởng tinh thể (thạch anh) Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 13 Dao động tinh thể Xét mạch có tín hiệu bé Dòng qua cực góp (tín hiệu ra) • : tín hiệu vào Độ lợi tín hiệu bé Mạch dao động tinh thể : tương đương với mạch gồm: tụ điện cuộn cảm chuyển động : Cm , Lm Điều kiện pha tần số cộng hưởng Tần số cộng hưởng Điện dung tổng cộng : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 14 Dao động tinh thể : điện trở tải : độ dẫn diode cực gốc-phát • I : dòng DC cực gốc phân cực • Vt : điện áp nhiệt (thermal) Vt = 25 mV nhiệt độ phòng Thay điện trở điện trở tương đương R song song với dòng nguồn • Giả thiết: điện tích Q lớn Điện trở R : Điều kiện khởi động : Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 15 Dao động tinh thể Xét tín hiệu lớn Giá trị đỉnh-đỉnh dòng cực phát, Io dòng DC Giá trị đỉnh-đỉnh điện áp điện trở tải cực phát Nếu đóng vai trò chủ yếu • Bỏ qua số hạng khác điện trở Viết lại biểu thức ... tần VFO: Điện áp bù cực gate: • Vf : điện áp chuyển cho diode giới hạn Điện áp cực gate-sourse = hiệu điện áp Điện áp cực đại cực gate-sourse : Thay cơng thức vào ta có Ngô Văn Thanh – Viện... thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : http://iop.vast.ac.vn/~nvthanh/cours/votuyendien/ Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn Ngô Văn Thanh. .. kiện (cân bằng) Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 10 Giới hạn độ lợi Điện áp cực gate sourse : • Cả hai điện áp có dạng sóng hình sin Điện áp đỉnh đối đỉnh cực source : V Điện áp đỉnh đối