Giáo trình điện tử thông tin phần 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGUYỄN DUY THẮNG LẠI NGUYỄN DUY NGUYỄN PHÚ QUỚI GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ THƠNG TIN TP HỒ CHÍ MINH - 2018 (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Mục lục MỤC LỤC CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT 1.2 KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP A 1.2.1 Mạch dùng cuộn chặn 1.2.2 Mạch ghép biến áp 1.3 KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP B 11 1.4 KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TRANSISTOR BỔ PHỤ 15 BÀI TẬP CHƯƠNG 17 CHƯƠNG ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI 2.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 2.2 THANG ĐO DECIBEL 2.3 ĐỒ THỊ BODE 2.4 PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ THẤP 2.4.1 Mạch có tụ ngõ vào 2.4.2 Mạch có tụ bypass 2.4.3 Mạch có tụ ngõ vào ngõ 2.4.4 Mạch có tụ hỗn hợp 13 2.5 PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CAO 13 2.5.1 Mạch tương đương tần số cao 13 2.5.2 Hiệu ứng Miller 16 BÀI TẬP CHƯƠNG 20 CHƯƠNG 26 MẠCH LỌC TÍCH CỰC SỬ DỤNG OP-AMP 26 3.1 Khái niệm 26 3.2 Mạch lọc tích cực thơng thấp (Low Pass Filter – LPF) 27 3.2.1 Mạch lọc thông thấp bậc 27 3.2.2 Mạch lọc thông thấp bậc cao 30 i Mục lục 3.3 Mạch lọc tích cực thơng cao (High Pass Filter – HPF) 33 3.3.1 Mạch lọc tích cực thơng cao bậc 33 3.3.2 Mạch lọc thông cao bậc cao 36 3.4 Mạch lọc thông dải (Band pass filter – BPF) 39 3.4.1 BPF cách kết hợp HPF LPF 39 3.4.2 Mạch lọc thông dải BPF dùng cấu trúc đa hồi tiếp 42 3.4.3 Mạch lọc thơng dải BPF dùng cấu hình Sallen-Key 43 3.5 Mạch lọc chắn dải (Notch filter hay BSF: Band stop filter) 44 BÀI TẬP CHƯƠNG 46 CHƯƠNG 52 MẠCH DAO ĐỘNG 52 4.1 4.2 NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH DAO ĐỘNG 52 MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG KHI PHÂN TÍCH MẠCH DAO ĐỘNG 53 4.3 CÁC MẠCH DAO ĐỘNG CƠ BẢN 56 4.3.1 Mạch dao động Hartley 56 4.3.2 Mạch dao động Colpitt 56 4.3.3 Mạch dao động dịch pha 57 4.3.4 Mạch dao động cầu Wien 60 4.3.5 Mạch dao động Clapp 63 4.3.6 Dao động thạch anh (Crystal OSC) 64 BÀI TẬP CHƯƠNG 67 CHƯƠNG 68 MẠCH CỘNG HƯỞNG 68 5.1 MẠCH CỘNG HƯỞNG SONG SONG 68 5.2 MẠCH CỘNG HƯỞNG NỐI TIẾP 71 5.3 TRUYỀN CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO TẢI 73 5.4 MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 74 BÀI TẬP CHƯƠNG 76 CHƯƠNG 79 MẠCH ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 79 6.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 79 6.2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ THEO BIÊN ĐỘ 79 ii Mục lục 6.3 ĐIỀU CHẾ THEO TẦN SỐ 83 6.4 ĐIỀU CHẾ THEO GÓC PHA 88 6.5 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ 89 BÀI TẬP CHƯƠNG 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 94 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ THÔNG TIN 94 iii Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ÂM TẦN Trang bị cho sinh viên: Kiến thức phân tích ngun lý tính tốn thông số công suất mạch khuếch đại công suất âm tần 1.1.KHÁI NIỆM VỀ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Được thiết kế tải có cơng suất lớn, khơng bị méo trung thực Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ vi Mạch khuếch đại cơng suất RL Hình 1.1 Sơ đồ vị trí mạch khuếch đại cơng suất Phân loại: Mạch khuếch đại công suất iC phân loại theo dạng sóng hình sin qua cực C transistor ICQ Có loại chính: Khuếch đại cơng suất lớp A: t iC Khuếch đại công suất lớp AB: ICQ t iC t ICQ Khuếch đại công suất lớp B: iC t Khuếch đại công suất lớp C: Hình 1.2 Phân loại mạch khuếch đại công suất Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần Trong chương nghiên cứu hai dạng mạch thông dụng khuếch đại lớp A khuếch đại lớp B 1.2.KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT LỚP A 1.2.1 Mạch dùng cuộn chặn Xét mạch khuếch đại công suất lớp A dùng cuộn chặn RFC sau: i L→∞ C2→∞ C1→∞ iC Rb RL ri ii VBB Re Ce→∞ Hình 1.3 Mạch khuếch đại cơng suất lớp A dùng RFC Phân tích mạch: Do L→ ∞ nên xem ngắn mạch DC hở mạch AC  Phân tích DC: (ngắn mạch L) VBB  VBEQ VCEQ  VCC  R e I CQ Rb  Re  DCLL: VCC  v CE  i C R e (RDC = Re) I CQ   (1.1) Phân tích AC: (hở mạch L) RAC = RL  ACLL: iC  I CQ     R ÂC  .vCE  VCEQ    Điều kiện maxswing: I CM max  VCEQ    I CQ ,  R AC    (1.2) Chương 1: Mạch khuếch đại công suất âm tần VCM max  VCEQ , I CQ RAC  iC DCLL (-1/Rdc) i C  I cm sin .t Giả sử: i L  I Lm sin .t  I cm sin .t Thì I CQ  Tại điểm Qmaxswing: VCC VCC  R ac  R dc R e  R L VCEQ  I CQ R ac RL  VCC Re  RL Lúc Q trung điểm đường ACLL I CM  max  I LM max  I CQ  ACLL (-1/Rac) Q ICQ vCE VCEQ VCC Hình 1.4 DCLL ACLL VCC Re  RL Nếu Re fC(HPF) Hình 3.19 Mạch lọc thơng dải thiết kế cách nối HPF LPF Biểu thức độ lợi mạch lọc thông thấp:  R  Av1  1  F  RI   j f  f c1 Biểu thức độ lợi mạch lọc thông cao:  R  Av  1  F  RI   j f c  f Biểu thức độ lợi mạch lọc thông dải:      R  R  1  Av  Av1 xAv  1  F 1  F   RI  RI    j f   j f c   f c1   f        (3.22) Rõ ràng để thiết kế mạch lọc này, tần số cắt mạch lọc thông cao phải nhỏ tần số cắt mạch lọc thông thấp Cụ thể là: f c LPF   f C1  (3.23) 2 R1C1 40 Chương 3: Mạch lọc tích cực sử dụng Op-Amp f c HPF   fC  Tần số trung tâm mạch lọc thông dải: f  2 R2C2 f C1 f C  (3.24) 2 R1 R2C1C2 Hình 3.20 Đáp ứng tần số mạch lọc thơng dải Ví dụ 3.4: Cho mạch điện hình vẽ a Xác định biểu thức độ lợi áp Av b Vẽ biểu đồ BODE theo biên độ Av Vi U1 R1 1k Vo1 C1 10nF 100nF RF1 RI1 10k U2 C2 Vo R2 10k 10k RF2 10k RI2 10k Giải: a Biểu thức độ lợi áp Av     R  R    Av  1  F 1  F   RI  RI    j f   j f c   f c1   f  Với 41       Chương 3: Mạch lọc tích cực sử dụng Op-Amp  15.9kHz 2 R1C1   1.59kHz 2 R2C2 f c1  fc   Av  x  f  1 j 15.9kHz        j 1.59kHz f        b Đáp ứng tần số mạch lọc vẽ theo biên độ Av  1.59kHz  f    20lg    20lg      20lg   f  15.9kHz    Av dB Av (dB) 20dB 17 1.59 15.9 f (kHz) 3.4.2 Mạch lọc thông dải BPF dùng cấu trúc đa hồi tiếp Mạch lọc dễ phân tích khuyết điểm dùng hai Op-Amp, dùng mạch đa hồi tiếp MFB (Multiple Feedback) cấu trúc mạch trở nên đơn giản hình C2 Rf Vi C1 R1 +Vcc V0 + R2 -Vcc Hình 3.21 Mạch lọc thông dải dùng đa hồi tiếp 42 Chương 3: Mạch lọc tích cực sử dụng Op-Amp Ta thấy tụ C1 mắc nối tiếp với ngõ vào, cịn C2 mắc song song Vậy C1 tham gia vào giới hạn tần số cắt mạch C2 giới hạn tần số cắt Giả sử C2