Chương 3: Điều chế

44 CHặNG 3 IệU CH 3.1. ởnh nghộa ióửu chóỳ laỡ quaù trỗnh ghi tin tổùc vaỡo 1 dao õọỹng cao tỏửn õóứ chuyóứn õi xa nhồỡ bióỳn õọứi mọỹt thọng sọỳ naỡo õoù (vờ duỷ : bión õọỹ, tỏửn sọỳ, goùc pha, õọỹ rọỹng xung .) Tin tổùc goỹi laỡ tờn hióỷu õióửu chóỳ, dao õọỹng cao tỏửn goỹi laỡ taới tin. Dao õọỹng cao tỏửn mang tin tổùc goỹi laỡ dao õọỹng cao tỏửn õaợ õióửu chóỳ. Coù 2 loaỷi õióửu chóỳ; õióửu bión vaỡ õióửu tỏửn (gọửm õióửu tỏửn vaỡ õióửu pha). 3.2. ióửu bión ióửu bión laỡ quaù trỗnh laỡm cho bión õọỹ taới tin bióỳn õọứi theo tin tổùc. Giaớ sổớ tin tổùc V s vaỡ taới tin V t õóửu laỡ dao õọỹng õióửu hoỡa: v S = V S cos S t vaỡ v t = V t cos t t vồùi t >> S Do õoù tờn hióỷu õióửu bión: V õb = (V t + V s cos s t ) cos t t = V t (1 + mcos s t) cos t t (1) t)cos(V 2 m t)cos(.V 2 m tcos.VV sttsttttdb ++++= Hỗnh 3.1. ọử thở thồỡi gian tờn hióỷu õióửu bión V õb t V õb V t t - s t t + s Hỗnh 3.2 Phọứ tờn hióỷu õióửu bión 1/2 mV t 1/2 mV t 45 Phọứ cuớa tờn hióỷu õióửu bión coù daỷng nhổ hỗnh 3.2. Khi tờn hióỷu õióửu chóỳ coù phọứ bióỳn thión tổỡ maxmin SS ữ thỗ phọứ cuớa tờn hióỷu õióửu bión coù daỷng nhổ hỗnh 3.3 Quan hóỷ nng lổồỹng trong õióửu bión: Cọng suỏỳt taới tin laỡ cọng suỏỳt bỗnh quỏn trong 1 chu kyỡ cuớa taới tin: ==== T t t hd hdt R V dtV TRR V RIP 0 2 22 2 2 ~ 2 sin. 1 . 1 => 2 V ~P 2 t t~ Tổồng tổỷ: t tt bt P m V m Vm P ~ 2 2 22 ~ . 42 . 4 1 ) 2 . ( 2 1 ~ == Cọng suỏỳt cuớa tờn hióỷu õaợ õióửu chóỳ bión laỡ cọng suỏỳt bỗnh quỏn trong mọỹt chu kyỡ cuớa tờn hióỷu õióửu chóỳ: ) 2 1(2 2 ~~~~ m PPPP tbttdb +=+= m caỡng lồùn thỗ P ~õb caỡng lồùn Khi m = 1 2 P3 P t~ db~ = vaỡ tbt PP ~~ 4 1 = Tổỡ bióứu thổùc (1) suy ra: V õbmax = V t (1+m) Do õoù 2 t 2 max~ V)m1( 2 1 ~P + Caùc chố tióu cồ baớn cuớa dao õọỹng õaợ õióửu bión 3.2.1 Hóỷ sọỳ meùo phi tuyóỳn V õb V t t - smin t - smax t t + smin t + smax Hỗnh 3.3 Phọứ tờn hióỷu õióửu bión 46 )(I .)3(I)2(I K st st 2 st 2 ω±ω +ω±ω+ω±ω = I (ω t ± nω S ) (n ≥ 2 ): Biãn âäü dng âiãûn ỉïng våïi hi báûc cao ca tên hiãûu âiãưu chãú. I (ω t ± ω S ) : Biãn âäü cạc thnh pháưn biãn táưn Trong âọ: I t : biãn âäü tên hiãûu ra V S : giạ trë tỉïc thåìi ca tên hiãûu vo A : giạ trë cỉûc âải B : ti tin chỉa âiãưu chãú Âỉåìng âàûc tuún thỉûc khäng thàóng tảo ra cạc hi báûc cao khäng mong mún. Trong âọ âạng lỉu nháút l cạc hi (ω t ± 2ω S ) cọ thãø lt vo cạc biãn táưn m khäng thãø lc âỉåüc. Âãø gim K thç phi hản chãú phảm vi lm viãûc ca bäü âiãưu chãú trong âëa thàóng ca âàûc tuún. Lục âọ lüc phi gim hãû säú âiãưu chãú m. 3.2.2 Hãû säú mẹo táưn säú Gi : m o : hãû säú âiãưu chãú låïn nháút m : Hãû säú âiãưu chãú tải táưn säú âang xẹt. Hãû säú mẹo táưn säú âỉåüc xạc âënh theo biãøu thỉïc : m m M o = Hồûc M dB = 20logM Âãø âạnh giạ âäü mẹo táưn säú ny, ngỉåìi ta càn cỉï vo âàûc tuún biãn âäü v táưn säú: m = f(F s ) V s = cte • Phỉång phạp tênh toạn mảch âiãưu biãn : Hai ngun tàõc xáy dỉûng mảch âiãưu biãn : - Dng pháưn tỉí phi tuún cäng ti tin v tên hiãûu âiãưu chãú trãn âàûc tuún ca pháưn tỉí phi tuún âọ. - Dng phán tỉí tuún tênh cọ tham säú âiãưu khiãøn âỉåüc. Nhán ti tin v tên hiãûu âiãưu chãú nhåì phán tỉí tuún tênh âọ. 3.2.3 Âiãưu biãn dng phán tỉí phi tuún A B V I t Hçnh 3.4. Âàûc tênh âiãưu chãú ténh F s mm 0 m Hçnh 3.5. Âàûc tênh biãn âäü táưn säú 47 Phỏửn tổớ phi tuyóỳn õổồỹc duỡng õóứ õióửu bión coù thóứ laỡ õeỡn õióỷn tổớ, baùn dỏựn, caùc õeỡn coù khờ, cuọỹc caớm coù loợi sừt hoỷc õióỷn trồớ coù trở sọỳ bióỳn õọứi theo õióỷn aùp õỷt vaỡo. Tuỡy thuọỹc vaỡo õióứm laỡm vióỷc õổồỹc choỹn trón õỷc tuyóỳn phi tuyóỳn, haỡm sọỳ õỷc trổng cuớa phỏửn tổớ phi tuyóỳn coù thóứ bióứu dióựn gỏửn õuùng theo chuọựi Taylo khi chóỳ õọỹ laỡm vióỷc cuớa maỷch laỡ chóỳ õọỹ A ( = 180 o ) hoỷc phỏn tờch theo chuọựi Fourrier khi chóỳ õọỹ laỡm vióỷc cuớa maỷch coù goùc cừt < 180 o ( chóỳ õọỹ AB, B, C) Trổồỡng hồỹp 1: IệU BIN CH ĩ A = 180 o Maỷch laỡm vióỷc ồớ chóỳ õọỹ A nóỳu thoớa maợn õióửu kióỷn: ost EVV <+ (*) Khai trióứn doỡng i D theo chuọựi Taylor: )1( 3 3 2 21 DDDD vavavai ++= Vồùi v D : õióỷn aùp trón Diode D vaỡ trón taới R t Vồùi: v D = E o + V t cos t t + V s cos s t t - S t + S 2 t - S S 2 S 3 S t - 3 S t - 2 S t + 2 S t + 3 S t 2 t - 2 S 2 t 2 t + 2 S 2 t + S Hỗnh 3.8. Phọứ tờn hióỷu õióửu bión khi laỡm vióỷc ồớ chóỳ õọỹ A i D i D v D v D t t E 0 Hỗnh 3.7. ỷc tuyóỳn cuớa diode vaỡ õọử thở thồỡi gian cuớa tờn hióỷu vaỡo ra V s Hỗnh 3.6. Maỷch õióửu chóỳ duỡng Diode V t R t + E O C S D 48 Thay u D vo biãøu thỉïc (1) ta nháûn âỉåüc : i D = a 1 (E 0 + V t cosω t t + V s cosω s t) + a 2 (E 0 + V t cosω t t + V s cosω s t) 2 + + a 3 ( E 0 + V t cosω t t + V s cosω s t ) 3 + . (2) Khai triãøn (2) v b qua cạc säú hảng báûc cao n ≥ 4 s cọ kãút qu m phäø ca nọ âỉåüc biãøu diãùn nhỉ hçnh 3.8. Khi a 3 = a 4 = a 5 = .a 2n+1 = 0 (n = 1,2,3) nghéa l âỉåìng âàûc tênh ca pháưn tỉí phi tuún l 1 âỉåìng cong báûc 2 thç tên hiãûu âiãưu biãn khäng bë mẹo phi tuún. Âãø tha mn âiãưu kiãûn (*) mảch lm viãûc chãú âäü A thç m phi nh v hản chãú cäng sút ra. Chênh vç váûy m ngỉåìi ta ráút êt khi dng âiãưu biãn chãú âäü A. ♠ Trỉåìng håüp 2: ÂIÃƯU BIÃN CHÃÚ ÂÄÜ AB, B hồûc C θ < 180 o Khi θ < 180 o , nãúu biãn âäü âiãûn ạp âàûc vo diode â låïn thç cọ thãø coi âàûc tuún ca nọ l mäüt âỉåìng gáúp khục. Phỉång trçnh biãøu diãùn âàûc tuún ca diode lục âọ : i D = 0 khi V D ≤ 0 SV D khi v D > 0 S : Häùø dáùn ca âàûc tuún Chn âiãøm lm viãûc ban âáưu trong khu tàõt ca Diode (chãú âäü C). i D i D v D v D ωt ωt Hçnh 3.10. Âàûc tuún ca diode v âäư thë ca tên hiãûu vo ra khi lm viãûc åí chãú âäü C E o V s Hçnh 3.9. Mảch âiãưu chãú dng Diode V t R t + E O C S D 49 Doỡng qua diode laỡ 1 daợy xung hỗnh sine, nón coù thóứ bióứu dióựn i D theo chuọựi Fourier nhổ sau : i D = I 0 + i 1 + i 2 + i n + = I o + I 1 cos t t + I 2 cos2 t t + I 3 cos3 t t + .+ I n cosn t t (1) I 0 : thaỡnh phỏửn doỡng õióỷn mọỹt chióửu. I 1 : bión õọỹ thaỡnh phỏửn doỡng õióỷn cồ baớn õọỳi vồùi taới tin I 2 , I 3 .I n : bión õọỹ thaỡnh phỏửn doỡng õióỷn bỏỷc cao õọỳi vồùi taới tin I 0 , I 1 I 3 .I n : õổồỹc tờnh toaùn theo bióứu thổùc cuớa chuọựi Fourrier : tdtniI tdtiI tdiI tt c Dn tt c D t c D .cos 2 . .cos. 2 . 1 1 0 = = = (2) Theo bióứu thổùc (*) ta coù thóứ vióỳt : i D = S.v D = S( -E 0 + V S cos s t + V t cos t t ) (3) Khi t t = thỗ i D = 0 : 0 = S.v D = S( -E 0 + V S cos s t + V t cos ) (4) Lỏỳy (3) - (4) => )6(cos)2sin 2 1 ( )2sin 2 1 ()2sin 4 1 2 1 ( 2 sin.cos 4 2sin 2 12 cos .cos 2 2cos 1 . 2 .cos ).coscos ( 2 )coscos ( 1 0 0 0 1 t SV i SVSV t tSV tdt t SV tdttSVI tSVi t t tt t tt tt t t o tttt ttD = == += + = = = (5) õỏy õổồỹc xaùc õởnh tổỡ bióứu thổùc (4) : )7( cos.cos. cos t sso t sso V tVE V tVE = + = Tổỡ bióứu thổùc (6) vaỡ (7) bión õọỹ cuớa thaỡnh phỏửn doỡng õióỷn cồ baớn bióỳn thión theo tờn hióỷu õióửu chóỳ (V s ). 50 3.2.4 ióửu bión duỡng phỏn tổớ tuyóỳn tờnh coù tham sọỳ thay õọứi ỏy laỡ quaù trỗnh nhỏn tờn hióỷu duỡng bọỹ nhỏn tổồng tổỷ v õb = (E o + V S .cos s t) . V t .cos t t v õb = E o V t .cos t t + 2 V.V st cos ( t + s ) t + 2 V.V st cos ( t - s ) t Caùc maỷch õióửu bión cuỷ thóứ : a. ióửu bión cỏn bũng duỡng diode ióỷn aùp õỷt lón D 1, D 2 : += += tcos.VtcosVv tcos.VtcosVv ttsS2 ttsS1 (1) Doỡng õióỷn qua diode õổồỹc bióứu dióựn theo chuọựi Taylo : ++++= ++++= . . 3 23 2 22212 3 13 2 12111 vavavaai vavavaai o o (2) Doỡng õióỷn ra : i = i 1 - i 2 (3) Thay (1), (2) vaỡo (3) vaỡ chố lỏỳy 4 vóỳ õỏửu ta nhỏỷn õổồỹc bióứu thổùc doỡng õióỷn ra : K = 1 ~ = E 0 ~ V S (t) V t (t) V õb Hỗnh 3.11. Maỷch õióửu bión duỡng phỏửn tổớ tuyóỳn tờnh Hỗnh 3.12. Maỷch õióửu chóỳ cỏn bũng duỡng diode v t i = i 1 - i 2 i 1 i 2 v dB v S E O D 2 D 1 C b C b 51 i = A cos s t + B cos 3 s t + C [cos ( t + s ) t + cos ( t - s ) t] + D [cos (2 t + s ) t + cos (2 t - s ) t] (4) Trong õoù : === ++= 2 3,.2, 2 2 32 32 2 3 2 3 2 31 t StS S S tS V VaDVVaC Va B V aVaaVA b. Maỷch õióửu bión cỏn bũng duỡng 2BJT Kóỳt quaớ cuợng tổồng tổỷ nhổ trổồỡng hồỹp trón. c. Maỷch õióửu chóỳ voỡng t - s t + s 2 t - s 2 t + s t - 3 s t + 3 s t 2 t s 3 s Hỗnh 3.13. Phọứ tờn hióỷu õióửu bión cỏn bũng Hỗnh 3.14. Maỷch õióửu bión cỏn bũng duỡng 2 BJT v t V CC v db V S V t ~ D 3 D C b C b D 1 D 2 v S v db Hỗnh 3.15. Maỷch õióửu chóỳ voỡng D 4 52 Goỹi : i I laỡ doỡng õióỷn ra cuớa maỷch õióửu chóỳ cỏn bũng gọửm D 1 , D 2 i II laỡ doỡng õióỷn ra cuớa maỷch õióửu chóỳ cỏn bũng gọửm D 3 , D 4 Theo cọng thổùc (4) ồớ muỷc trón (õióửu bión cỏn bũng duỡng diode) ta coù õổồỹc bióứu thổùc tờnh i I : i I = A cos s t + B cos 3 s t + C [cos ( t + s ) t + cos ( t - s ) t] + D [cos (2 t + s ) t + cos (2 t - s ) t] (*) Ta coù : i II = i D3 - i D4 (1) Trong õoù : . vava va a i . vava va a i 3 43 2 4241oD4 3 33 2 3231o D3 ++++= ++++= (2) Vồùi v 3 , v 4 laỡ õióỷn aùp õỷt lón D 3 , D 4 vaỡ õổồỹc xaùc õởnh nhổ sau : tcosVtcosVv tcosVtcosVv sstt4 sstt3 += = (3) Thay (3) vaỡo (2) vaỡ sau õoù thay vaỡo (1), õọửng thồỡi lỏỳy 4 vóỳ õỏửu ta õổồỹc kóỳt quaớ : i II = - A cos s t - B cos 3 s t + C [cos ( t + s ) t + cos ( t - s ) t] - D [cos (2 t + s ) t + cos (2 t - s ) t] i dB = i I + i II = 2C [cos ( t + s ) t + cos ( t - s ) t] (4) Vỏỷy : maỷch õióửu chóỳ voỡng coù thóứ khổớ õổồỹc caùc haỡm bỏỷc leớ cuớa s vaỡ caùc bión tỏửn cuớa 2 s t, do õoù meùo phi tuyóỳn rỏỳt nhoớ. 3.3. ióửu chóỳ õồn bión 3.3.1. Khaùi nióỷm Phọứ tờn hióỷu õaợ õióửu bión gọửm taới tỏửn vaỡ hai daới bión tỏửn, trong õoù chố coù caùc bión tỏửn mang tin tổùc. Vỗ hai daới bión tỏửn mang tin tổùc nhổ nhau (vóử bión õọỹ vaỡ tỏửn sọỳ) nón chố cỏửn truyóửn õi mọỹt bión tỏửn laỡ õuớ thọng tin vóử tin tổùc, coỡn taới tỏửn thỗ õổồỹc neùn trổồùc khi truyóửn õi. Quaù trỗnh õoù goỹi laỡ õióửu chóỳ õồn bión. ặu õióứm cuớa õióửu chóỳ dồn bión so vồùi õióửu chóỳ hai bión : - ọỹ rọỹng daới tỏửn giaớm õi mọỹt nổớa. t - s t + s t Hỗnh 3.16. Phọứ tờn hióỷu õióửu chóỳ cỏn voỡng 53 - Cäng sút phạt xả u cáưu tháúp hån våïi cng mäüt cỉû ly thäng tin. - Tảp ám âáưu thu gim do di táưn ca tên hiãûu hẻp hån, Biãøu thỉïc ca âiãưu chãú âån biãn :V âb (t) = V t . 2 m . cos (ω t + ω s ) t m : hãû säú nẹn ti tin, m = t s V V , m cọ thãø nháûn giạ trë tỉì 0 → ∞ 3.3.2. Cạc phỉång phạp âiãưu chãú âån biãn 3.3.2.1. Âiãưu chãú theo phỉång phạp lc Âàût : ∆f s = f s max - f s min f t1 : táưn säú ca ti táưn thỉï nháút f t1 : táưn säú ca ti táưn thỉï hai x = t minsms t s f ff f f − = ∆ : hãû säú lc ca bäü lc. Trong så âäư khäúi trãn âáy, trỉåïc tiãn ta dng mäüt táưn säú dao âäüng f t1 khạ nh so våïi di táưn u cáưu f t2 âãø tiãún hnh âiãưu chãú cán bàòng tên hiãûu vo V s (t). Lục âọ hãû säú lc tàng lãn âãø cọ thãø lc b âỉåüc mäüt biãn táưn dãù dng. Trãn âáưu ra bäü lc thỉï nháút s nháûn âỉåüc mäüt tên hiãûu ccọ di phäø bàòng di phäø ca tên hiãûu vo. ∆f s = f s max - f s min , nhỉng dëch mäüt lỉåüng bàòng f t1 trãn thang táưn säú, sau âọ âỉa âãún bäü âiãưu chãú cán bàòng thỉï hai m trãn âáưu ra ca nọ l tên hiãûu phäø gäưm hai biãn táưn cạch nhau mäüt khong ∆f ‘ = 2 (f t1 + f s min ) sao cho viãûc lc láúy mäüt di biãn táưn nhåì bäü lc thỉï hai thỉûc hiãûn mäüt cạch dãù dng. 3.3.2.2. Âiãưu chãú âån biãn theo phỉång phạp quay pha Tên hiãûu ra ca 2 bäü âiãưu chãú cán bàòng: V CB1 = V CB cosω s t cosω t t = 2 1 V CB [cos (ω t + ω s ) t + cos (ω t - ω s ) t] V CB2 = V CB sinω s t sinω t t = 2 1 V CB [- cos (ω t + ω s ) t + cos (ω t - ω s ) t] ÂCCB1 ÂCCB1LC1 LC2 Dao âäüng Dao âäüng f t1 ± f S f t1 + f S f t2 ± (f t1 + f S ) f t2 + f t1 + f S f t1 f t2 v S (t) Hçnh 3.17. Så âäư khäúi mảch âiãưu chãú theo phỉång phạp lc