Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 5: Trộn tần

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 5: Trộn tần cung cấp cho người đọc các kiến thức: Cơ sở lý thuyết, mạch trộn tần dùng điốt, mạch trộn tần dùng tranzito, bộ trộn bằng vi mạch tích hợp, nhiễu trong mạch trộn tần. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

  Tr ườ ng Đ i H c Công Ngh  Thông Tin ạ ọ ệ

KHOA M NG & TRUY N THÔNG Ạ Ề

THÁNG 9/2012

Ch ươ ng 5: Tr n t n ộ ầ

h p ợ

1. C  s  lý thuy t ơ ở ế

a). Đ nh nghĩa:  ị

     Tr n t n là quá trình tác d ng vào hai tín hi u sao cho ộ ầ ụ ệ trên đ u ra b  tr n t n nh n đ c các thành ph n t n s  ầ ộ ộ ầ ậ ượ ầ ầ ố

t ng và hi u c a hai tín hi u đó (ổ ệ ủ ệ th ng l y hi u t n s ườ ấ ệ ầ ố)

      Có  hai tín hi u: ệ

­ Tín hi u  ệ đ n âm (có m t v ch ph ): tín hi u ngo i  ơ ộ ạ ổ ệ ạ sai và có t n s  fns.;  ầ ố

­ Tín hi u h u ích v i t n s  fth c  đ nh ho c bi n  ệ ữ ớ ầ ố ố ị ặ ế thiên trong m t ph m vi nào đó.  ộ ạ

Tín hi u có t n s  mong mu n   đ u ra đ c tách nh   ệ ầ ố ố ở ầ ượ ờ

b  l c, là t n s  trung gian ftg ộ ọ ầ ố

      Đ  th c hi n tr n t n ph i dùng ph n t  phi tuy n (các linh ể ự ệ ộ ầ ả ầ ử ế

ki n bán d n) ho c dùng ph n t  tuy n tính tham s ệ ẫ ặ ầ ử ế ố

b). Nguyên lý tr n t n ộ ầ

Ph n t  phi tuy n đ c bi u di n theo chu i Taylor ầ ử ế ượ ể ễ ỗ :

       i = a0+a1u+ a2u2+ a3u3+ + anun+

Đi n áp đ t lên ph n t  phi tuy n ệ ặ ầ ử ế : u=uns+uth=Unscos nst+ ω Uthcos thtω

⇒  i = a0+a1(Unscos nst+Uthcos tht)+ ω ω

a2(Unscos nst+Uthcos tht)2+ ω ω

+ a3(Unscos nst + Uthcos tht)3+ + an(Unscos nst ω ω ω +Uthcos tht)n+ ω

Các tín hi u ra g m các thành ph n: ệ ồ ầ

 + Thành ph n c  b n ầ ơ ả :  ns,  th; ω ω

 + Các  thành ph n t n s  t ng và hi u  ầ ầ ố ổ ệ ωns ±  th;ω

 + Thành ph n b c  ầ ậ 2: 2 ns, 2 th;ω ω

 + Thành ph n b c cao ầ ậ :   = ± n ns ± m thω ω ω

-  N u ch n n = m = 1, đ u ra b  tr n t n l y tín hi u có ế ọ ầ ộ ộ ầ ấ ệ

t n s   = ns ­  th : ầ ố ω ω ω tr n t n đ n gi n  ộ ầ ơ ả (th ườ ng ch n) ọ

-  Tr ng h p l y   = n ns ­ m th v i n,m ≥ 2 : ườ ợ ấ ω ω ω ớ tr n  ộ

t n t  h p ầ ổ ợ

Phân lo iạ :

 + Tr n t n b ng ph n t  tuy n tính tham s  (ộ ầ ằ ầ ử ế ố m ch nhân ạ );  + Tr n t n b ng ph n t  phi tuy n (ộ ầ ằ ầ ử ế diot, transitor, )

 + Tr n t n b ng chuy n ph  (ộ ầ ằ ể ổ v  t n s  th p ho c cao tùy  ề ầ ố ấ ặ

thu c vào v  trí t ộ ị ươ ng đ i gi a t n s  đ u vào fth v i t n s  trung  ố ữ ầ ố ầ ớ ầ ố gian ftg đ u ra ầ )

ng d ng

­ Tr n t n đ c dùng trong máy thu đ i t n. Nh  b  tr n  ộ ầ ượ ổ ầ ờ ộ ộ

t n, m ch c ng h ng c a các t ng trung gian c a máy thu  ầ ạ ộ ưở ủ ầ ủ

t n đ c đi u ch nh c ng h ng   m t t n s  c  đ nh. T n  ầ ượ ề ỉ ộ ưở ở ộ ầ ố ố ị ầ

s  ngo i sai đ c đ ng  ố ạ ượ ồ chu n v i t n s  tín hi u vào sao cho ftg  ẩ ớ ầ ố ệ

= fns ­ fth = const

­ Đ ượ c dùng trong HTTT đ nh h ị ướ ng và trong các b  t ng h p t n  ộ ổ ợ ầ

s ố

c). H  ph ệ ươ ng trình đ c tr ng: ặ ư

+ Dßng ®iÖn ®i ra: ir=f(uns ,uth ,utg)

v iớ : uns=Uns cos nstω

uth=Uth cos thtω

utg=Utg cos tgtω

     thường Uth, Utg<<Uns

⇒  ir=

V i: ớ

ins(uns)=I0+I1 cos nst+ I2 cos2 nst + I3 cos3 nst+ ω ω ω s(uns)=S0+S1 cos nst+ S2 cos2 nst + S3 cos3 nst+ ω ω ω g(uns)=G0+G1 cos nst+ G2 cos2 nst + G3 cos3 nst+ ω ω ω  

Đ tặ   tg = n ns±  th ω ω ω

: Phương trình biến đổ i thuận 

- Sn là biên độ hài bậc n của hàm

- Gn là thành phần một chiều của hàm

+ Dòng điện đi vào: iv=f(uns ,uth ,utg) v i Uth, Utg< Unsớ

ư  Sm:biên độ thành phần bậc m(=n trên) của hỗ dẫn biến đổi

ngược

- Gm: thành phần một chiều của điện dẫn vào

: Phương trình biến đổ i  ngược

d). Các tham s ố của bộ trộn tần  :

+ Hỗ dẫn trộn tần:

+ Điện dẫn trộn tần:

+ Hệ số khuếch đại tĩnh:

+ Hỗ dẫn trộn tần ngược:

+ Điện dẫn (trong khi có hiện tượng trộn tần ngược): + Hệ số khuếch đại tĩnh (khi đổi tần ngược):

2. M ch tr n t n dựng đi t ạ ộ ầ ố

i, Mạch trộn tần đơn: 

  Phương trình biểu diễn đặc tuyến V-A: a: là hằng số được xác định bằng thực

nghiệm

ii, Mạch trộn tần cõn b ng ằ : 

Mạch trộn tần cân bằng làm tăng dòng điện trung gian ở đầu 

ra và  có khả năng khử tạp âm tần số trung gian do nguồn 

ngoại sai mang đến.

Với cách tính toán giống như ở mạch điều chế, ta thu đ ợc ở  ư

đầu ra sơ đồ này chỉ có các thành phần tần số ωns ± ωth , các  thành phần khác bị khử, do đó dễ tách được thành phần có tần 

số trung gian mong muốn, bằng các m ạch lọc.

3. M ch tr n t n dựng tranzito ạ ộ ầ

- Ưu đi m c a m ch tr n t n ki u này là ngoài nhi m v  tr n ể ủ ạ ộ ầ ể ệ ụ ộ

t n cũn khu ch đ i nờn tớn hi u ra cú biờn đ  l n. ầ ế ạ ệ ộ ớ

- Cú th  dựng tranzito tr ể ườ ng hay tranzito l ưỡ ng c c đ  tr n  ự ể ộ

t n. Cú th  dựng cỏch m c  ầ ể ắ Bozo (m ch g c) chung hay  ạ ố Emitto  (m ch phỏt) chung ạ

- M ch m c ạ ắ B chung dựng   ph m vi t n s  cao hay siờu cao vỡ ở ạ ầ ố

t n s  gi i h n c a nú cao. Tuy nhiờn s  đ  này đ  khu ch đ i ầ ố ớ ạ ủ ơ ồ ộ ế ạ khụng b ng m ch ằ ạ E chung. 

- Các tham s ố của sơ đồ trộn tần phụ thuộc vào điểm làm  việc, vào độ lớn của điện áp ngoại sai và  vào tham số của  tranzistor.

ư Cú m ch tr n t n dựng tranzito đ n, tranzito đ y kộo ho c ạ ộ ầ ơ ẩ ặ

tranzito đ y kộo kộp.ẩ

i, M ch tr n t n dùng tranzito đ n ạ ộ ầ ơ

EC­ uns ®ưa vào Bazo EC­ uns ®ưa vào Emitto

BCư uns đưa vào Emitto BCư uns đưa vào Bazo

Điện áp ngoại sai được ghép lỏng với bazo của tranzistor trộn tần 

để tránh ảnh hưởng tương hỗ giữa mạch tín hiệu và  mạch ngoại  sai.

ii, M ch tr n t n dựng tranzito đ y kộo ạ ộ ầ ẩ

ư   m ch này T1, T2 m c C chung đ i v i uth và uns. Khi uns  Ở ạ ắ ố ớ tăng dũng iC2 tăng   uRE tăng  iC1 gi m. Cũn khi uth tăng → → ả

dũng iC1 tăng   uRE tăng   iC2 gi m. Nh  v y uth và uns t o → → ả ư ậ ạ

ra dũng   đ u ra iC ng c pha nhau, do đú dũng đi n ra ch a  ở ầ ượ ệ ứ

t n s   tg =  ns ư  th cho ra tớn hi u t n s  trung gian ầ ố ω ω ω ệ ầ ố

u điểm

Ư : Méo phi tuyến nhỏ (hài bậc chẵn bị triệt tiêu); - Phổ tín hiệu ra hẹp;

- Liên hệ giữa mạch tín hiệu và mạch ngoại sai ít;

- Khả năng xuất hiện điều chế giao thoa thấp.

Vì những ưu điểm đó, nên loại mạch này hay được dùng trong bộ trộn tần của máy phát tín hiệu.

4. B  tr n b ng vi m ch tớch h p ộ ộ ằ ạ ợ  

- Khi  không  có  tín  hiệu  vào,  dòng 

qua T5 và  T6 bằng nhau, do đó dũng 

qua T1 T2 và T3 T4 cũng bằng nhau, 

sao  cho  dòng  điện  qua  các  chân  ra 

12 và  13 như nhau và bằng nửa dòng 

điện tổ ng. 

- Dòng điện ở các đầu ra chỉ biến đổi khi điện áp ngoại sai và  điện áp tín hiệu đồng thời tác động lên các đầu vào.

- Do  đó  cũng  như  trường  hợp  trên  (không  có  điện  áp  uns),  dòng 

qua  các  chân  12  và  13  bằng  nhau.  Tương  tự  đối  với  những  thời 

đỉêm khác nhau của điện áp ngoại sai hoặc điện áp tín hiệu, ta 

đều có kết quả như vậy. 

- Khi có điện áp ngoại sai đặt vào

chân 6 và  14  và với trị số nào đó

T6 ngắt, chỉ còn dòng chảy qua

T5 và  dòng chảy qua T1 và  T2

cũng bằng một nửa dòng tổng

5. Nhi u trong m ch tr n t n ễ ạ ộ ầ

-  ĐÇu vào, ®iÖn ¸p tÝn hiÖu víi tÇn sè fv=fth, nhê tÝnh chän läc cña t¶i, trªn ®Çu ra, ®iÖn ¸p víi tÇn sè ftg=⎜nfns± mfth ⎜ Tuy nhiªn còng cã nh÷ng thành phÇn tÇn sè kh¸c fth g©y ra nhiÔu

ftg= nfns± mfv ; ftg= ­nfns ­ mfv ftg= nfns­ mfv ; ftg= ­nfns+ mfv

+ n=0; m=1, tøc là ftg=fv, ta cã nhiÔu lät th¼ng.

+ n=1; m=1, fv = fns ± ftg :

* fv = fns - ftg, ®©y chÝnh là tÇn sè tÝn hiÖu vào: fth nªn kh«ng coi là nhiÔu

* fv = fns + ftg, gäi là nhiÔu ¶nh + m=1; n=2, tøc là fv = 2fns ± ftg

- Trong c¸c lo¹i nhiÔu này, nhiÔu lät th¼ng cã thÓ läc ®ưîc nhê c¸c m¹ch läc ®Çu vào, nhiÔu fv = 2fns ± ftg cã thÓ lo¹i bá khi chän

phÇn tö tÝch cùc làm viÖc; chØ cã nhiÔu tÇn sè ¶nh là khã läc, nhÊt là khi ftg <<fth.