Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 4: Tách sóng

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 4: Tách sóng cung cấp cho người đọc các kiến thức: Tách sóng biên độ, tách sóng tín hiệu đơn biên, tách sóng tín hiệu điều tần, tách sóng tín hiệu điều pha. Mời các bạn cùng tham khảo.

Tr ường Đ ại H ọc Công Ngh ệ  Thông Tin KHOA MẠNG & TRUYỀN THƠNG BÀI GIẢNG  THÁNG 9/2012 NHẬP MƠN ĐIỆN TỬ  CHƯƠNG 4: TÁCH SĨNG Tách sóng biên độ Tách sóng tín hiệu đơn biên Tách sóng tín hiệu điều tần Tách sóng tín hiệu điều pha Tách sóng biên độ Tách sóng là q trình lấy lại tín hiệu điều chế Tín hiệu sau tách sóng phải giống dạng tín hiệu điều chế ban đầu Để tín hiệu khơng méo tín hiệu vào tách sóng phải có biên độ đủ lớn Tương ứng với các loại điều chế, ta cũng có các mạch tách sóng  s a u  đ â y : t c h  s ó n g   đ i ều  b iê n , t c h  s ó n g   đ i ều  t ần , t c h  s ó n g   đ i ều  p h a a. Các tham số cơ bản + Hệ số tách sóng: -Tín hiệu vào tách sóng tín hiệu điều biên:    uVTS= UVTS.cosω tt= Uω t.cosω tt  (biến thiên theo quy luật  tin tức) - Đối với tín hiệu vào: UVTS=U’0+u’  U’0 :thành phần một chiều, u’:thành phần biến thiên chậm theo  thời gian  ­ Đối với tín hiệu ra: URTS=U”0+u”       ­Tín hiệu ra bộ tách sóng điều biên: URTS(t) = KTS.UVTS(t) ­ Hệ số tỷ lệ ­ hệ số tách sóng: KTS = URTS/UVTS - Quỏtrỡnhtỏchsúngchcnquantõmnthnhphnbin thiờnchm(mangtintc),doú,hstỏchsúng:KTS=u/u +Trkhỏngvobtỏchsúng: ặ ctrngchom ứ cđộ ảnhhở ngcủabộ táchs óng đếnnguồntí nhiệuvo +Mộophituyn: Đặ ctrngchos ựs ailệchcủatí nhiệuhồiphụcv tí n hiệubanđầu,t ro n g ú I2 t  , I3 ω t  ,   là  t h n h   p h ần  d ò n g  đ iện  c c  s ó n g  h i c  t ín  h iệu  đ iều   c h ế x u ất  h iện   khi qua mạch tách sóng  Mạch t c h  s ó n g   đ i ều b iờ n i.Mạc htác hs óng b iê nđộ  d ïng  m ¹c h c hØnh lưu: Tách sóng dùng diot nối tiếp Tách sóng dùng diot song song Khảo sát mạch nối tiếp:+  iD= S.uD = S (uđb ­ uC) Trong đó: uđb=Uđbcosωst =Ut(1+mcosωst)  cosωtt      => iD = S.uD=S(Uđbcosωst ­uc) Với  ωst=θ (góc cắt tín hiệu, góc dẫn điện của diode),                       =>  iD = S.uD=S(Uđbcosωst ­ cosθ) + Trường hợp: iD= I0 + I1cosωtt + I2cos2ωtt+ I3cos3ωtt+ +  I4cos4ωtt+ Điện áp ra trên tải: => => Nhận xét: Góc cắt tín hiệu θ chỉ phụ thuộc vào thơng số hỗ  dẫn S và điện trở tải R mà khơng phụ thuộc vào tín hiệu vào.  Như vậy, tách sóng tín hiệu lớn thì tín hiệu đó khơng bị méo Ví dụ: cho θ=900  => Thành phần 1  chiều  Thành phần cơ  bản  Thành phần kết  hợp  Thơng thường ωt >> ωs do đó các thành phần ωt, ωt ± ωs, vầ  nωt ± ωs được loại bỏ dễ dàng nhờ mạch lọc thơng thấp. Chỉ  còn thành phần hữu ích, là tín hiệu hồi phục: Q trình tách sóng tín hiệu lớn nhờ mạch chỉnh lưu dùng điốt Đồ thị thời gian điện áp ra uC trên tải bộ tách sóng nối tiếp Hiện tượng méo tín hiệu tách sóng tải điện dung Chọn hằng số thời gian τ=RC đủ lớn sao cho điện áp trên tải  (tín hiệu hồi phục), giống với tín hiệu tin tức ban đầu. Tổng  qt R, C chọn theo biểu thức sau: ực tế thường chọn RC t h e o  đ iều  k iện : Muốn dễ dàng thoả mãn cần ωt ≥ 100 ωSmax + Đối với mạch tách sóng song song có ưu điểm là có thể loại được  thành phần một chiều DC (do khơng qua được tụ điện); nhưng lại  có nhược điểm là thành phần cao tần dễ dàng đi ra tải, cần phải  lọc. Nên sơ đồ tách sóng song song chỉ được dùng trong trường hợp  cần ngăn thành phần một chiều từ tầng trước đưa tới Nhận xét : ­ Trong phổ điện áp ra khơng có thành phần tải tần; ­ Muốn tách được sóng ut phải có tần số bằng tần số tải tin  của t/h đã điều biên; ­ Biên độ điện áp đầu ra phụ thuộc vào góc pha φ (là góc lệch  pha giữa tín hiệu cần tách sóng và tải tin phụ ­ Khi φ = 0 ⇒ u’r cực đại, khi φ = ± 900 ⇒ u’r=0 ­ Bộ tách sóng vừa có tính chọn lọc về biên độ, vừa có chọn lọc  về pha gọi là bộ tách sóng biên độ pha; ­ Để tách sóng có hiệu quả cần phải đồng bộ tín hiệu vào và  tải tin phụ vào tần số và góc lệch pha. Bộ tách sóng này còn có  tên gọi là bộ tách sóng đồng bộ Tách sóng tín hiệu đơn biên Tách sóng tín hiệu đơn biên nhờ mạch điều chế vòng Tín hiệu đơn biên t/h tần số cao t/h tải tin phụ từ bộ dao động nội t/h tần số thấp  hữu ích tín hiệu  tần số thấp ­ Cũng như phương pháp tách sóng đồng bộ, vấn đề là phải tạo  ra sự đồng bộ về tần số tín hiệu tải tin và tín hiệu dao động nội.  ­ Để giải quyết vấn đề này, tiến hành lọc lấy tải tin đã bị nén,  rồi khuếch đại để có tín hiệu dao động nội cần thiết Tách sóng tín hiệu điều      Tách sóng tín hiệu điều tần là q trình biến đổi độ lệch tần số  tức thời của tín hiệu đã điều tần so với tần số trung bình thành  biến thiên điện áp ở đầu ra tần Hệ số truyền đạt Tách sóng điều tần Âàûc tuún truưn âảt  điều pha thường ca bäü tạch s ọng thực theo ngun tắc sau: ­ Biến đổi tín hiệu điều tần hoặc điều pha thành tín hiệu điều biên  rồi thực hiện tách sóng biên độ ­ Biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều chế độ rộng xung  rồi thực hiện tách sóng t/hiệu điều chế độ rộng xung nhờ mạch tích  phân ­ Làm cho tần số tín hiệu cần tách sóng bám theo tần số của một bộ  tạo dao động nhờ hệ thống vòng giữ pha PLL, điện áp sai số chính  a. Mạch tách sóng điều tần dùng mạch lệch cộng  hưởng + Đầu vào hai bộ tách sóng biên độ (D1,D2) là hai mạch cộng hưởng  được điều chỉnh tại các tần số ω1 và ω2. Nếu gọi tần số trung tâm  của tín hiệu điều tần đầu vào là ω1 = ωt thì: ω1 = ω0 + Δω ; ω2 = ω0  − Δω +  S ự đ iều  c h u ẩn  m ạc h  c ộn g  h ưởn g  lệc h  k h ỏi t ần  s ố t ru n g   b ìn h  c  t ín  h iệu  v o  là m  b iê n  đ ộ đ iện  á p  v o  c  h a i b ộ  t c h  s ó n g  b iê n  đ ộ (U1 , U2 ) t h a y  đ ổi p h ụ t h u ộc  v o  t ần  s ố  đ iện  á p  v U1 =  m .Uđt Z1 o U2 = m. UđtZ2 m = M/L: hệ số ghép của biến áp vào Rtd1, Rtd2 : trở kháng của hai mạch cộng hưởng ở tần số cộng hưởng ω1 và ω2 Q1 , Q2  là  p h ẩm  c h ất  c  c c  m ạc h  c ộn g  h ưởn g  t ươn g   ứn g +  Ch ọn  h a i m ạc h  c ộn g  h ưởn g  n h ư n h a u  t a  c ó :  Rt d  =  Rt d  =  R ,  Q1 =  Q2 =  Q đ ộ lệc h  s ố t ần  s ố t ươn g  đ ối g iữa  t ần  s ố c ộn g   h ưởn g  riê n g c  m ạc h  d a o  đ ộn g  v ới t ần  s ố t ru n g  b ìn h  c  t ín   h iệu  v o đ ộ lệc h  s ố t ần  s ố t ươn g  đ ối g iữa  t ần  s ố t ín  h iệu   v o  v  t ần  s ố  trung bình    Q trình biến đổi tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều biên đã  được thực hiện. Qua bộ tách sóng biên độ ta nhận được các điện  áp: Điện áp ra tổng: hệ số tách sóng: KTS  Hệ số truyền đạt ξ= + Váûy S f phủ thüc vo ξo. Âảo hm  (S f) the o  ξo v xe ït  cỉ ûc trë  ta tháúy   S f = S fm ax  khi  ξO  =            + Váûy m uäún hãû s äú truưn âảt cỉ ûc âải phi chn  lỉ åüng lãûch táưn Δωo the o âiãưu kiãûn s au âáy: +  Tách sóng dùng mạch lệch cộng hưởng có nhược điểm là khó điều  chỉnh cho hai mạch cộng hưởng hồn tồn đối xứng, nên ít được dùng b. Mạch tách sóng điều tần dùng mạch cộng hưởng  ghép  ­ Mạch điện làm việc theo nguyên tắc chuyển biến thiên tần số  t h n h  b iến  t h iê n  v ề p h a , s a u  đ ó  t h ực  h iện  t c h  s ó n g  p h a   n h ờ t c h  s ó n g  b iờ n ưTí nhiệuđiềutầnđợcghépthe o2hớng(hỡnhvuôngnét đứ t): +Quabiếnáp(L1,L2)đađếnm ạchdaođộ ngthứ cấp:L2,C2 ưMạchbiênđộ táchs óngpha: +QuatụCghđavobộ táchs óngbiênđộ UD1=U1 +U2 UD2=U1 - U2 Có khả năng: + Khi tần số tín hiệu vào f = f0 (tần số cộng hưởng c  m ạc h   c ộn g  h ưởn g  s ơ c ấp  v  t h ứ c ấp : => us= us1 ­us2= KTS(UD1 ­ UD2)= KTS.0=0 + Trường hợp f > f0: Mạch cộng hưởng thứ cấp mang tính chất điện cảm Tần số tín hiệu vào lệch khỏi tần số cộng hưởng trung tâm f0 biên độ UD1 lớn biên độ UD2 , trị số điện áp us lớn + Khi f