4. ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ 1 MỤC ĐÍCH
4.2.4 Phổ của tín hiệu điều tần theo lí thuyết
Sử dụng chỉ sốđiều chế mf, tín hiệu điều tần được biểu diễn bởi: vM(t) = A.sin[Ω.t + cos(ωt)]
có thểđược biến đổi bằng biến đổi lượng giác thành:
vM(t)=A{sin(Ωt).sin[mf.cos(ωt)] – cos(Ωt).cos[mf.sin(ωt)]} Sử dụng các hàm Bessel, biểu thức cuối cùng trở thành:
vM(t)=A.{J0.sin(Ωt) –
J1[sin(Ω-ω)t - sin(Ω+ω)t] + J2[sin(Ω-2ω)t + sin(Ω+2ω)t] – J3[sin(Ω-3ω)t – sin(Ω+3ω)t] + …..
Với hàm Bessel Jn(mf) thuộc loại 1, bậc n và đối tượng mf. Các đường cong trong hình 4.2 thể hiện các hàm Bessel loại 1 với bậc từ 1 đến 13.
Hình 4.2: Các hàm Bessel loại 1 4.2.5 Phổ của tín hiệu điều tần theo thực tế
Phổ của tín hiệu điều tần được điều chế bằng một tín hiệu hình sin với tần số f là một tập hợp vô hạn các thành phần điều hòa, đối xứng với sóng mang (ở các khoảng cách f, 2f, 3f,…) và biên độ theo các hàm Bessel. Như vậy theo lí thuyết, phổ của tín hiệu FM là vô hạn. Tuy nhiên trong thực tế, các hàm Bessel có bậc cao hơn (l+mf) có biên độ rất nhỏ, nên băng thông thực tế Bw được biểu diễn bằng quan hệ Carson:
Bw = 2.f.(1+mf) = 2.(ΔF+f) Với mf rất nhỏ (<<1), biểu thức có thể rút gọn thành: Bw = 2.∆F Hình 4.3 đưa ra ba ví dụ phổ tín hiệu FM 4.2.6 Thực hiện điều chế tần số Các mạch điện được sử dụng để thực hiện điều chế tần số phải biến đổi tần số của một tín hiệu tần số cao (sóng mang) theo một hàm của biên độ của một tín hiệu tần số thấp (tín hiệu điều chế). Trong thực tế có hai phương pháp chính thực hiện điều chế tần số:
1) Phương pháp trực tiếp: Một bộ dao động được sử dụng trong đó trở kháng của một trong các phần tử của mạch cộng hưởng phụ thuộc vào điện áp điều chế.Thiết bị thường được sử dụng có khả năng biến đổi trở kháng là Varicap hay Varactor, một loại diode đặc biệt có điện dung biến đổi theo điện áp
phân cực ngược (Varicap được mô tả ở chương sau). Tần số của sóng mang được thiết lập bởi các mạch PLL (vòng khóa pha) hoặc các mạch AFC (mạch điều khiển tần số tựđộng).
2) Phương pháp gián tiếp: Điều chế tần sốđược thực hiện bằng một bộđiều chế pha, sau khi tín hiệu điều chếđã được tích hợp. Trong bộđiều chế pha sóng mang được phát ra bằng các bộ dao động thạch anh nhằm dễ dàng đạt được sựổn định tần số.
Trong mạch được sử dụng cho các bài thực tập, điều chế tần số được thực hiện bằng một bộ dao động Hardley, trong đó tần sốđược quyết định bởi một cuộn cảm có cảm kháng cốđịnh và điện dung biến đổi sử dụng các diode Varicap.
Băng thông khoảng: Bw=2.f.(1+mf) = 2.f
b) Phổ điều chế với mf=2rad
Băng thông khoảng Bw=2.f.(1+mf)=6.f
c) Phổ điều chế với mf=20rad
Băng thông khoảng: Bw = 2.f.(1+mf) = 2.(F+f) = 2.F
Hình 4.3 4.2.7 Diode Varicap
Varicap là diode có điện dung phụ thuộc vào điện áp ngược được đặt trên nó. Kí hiệu và mạch điện tương đương của Varicap được thể hiện trong hình 4.4, trong đó:
+ Cj = Điện dung kết nối (junction capacity)
+ Rs = Điện trở nối tiếp (giảm xuống khi điện áp ngược đặt vào diode tăng) Điện dung kết nối Cj phụ thuộc vào điện áp ngược VR theo quan hệ:
η ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = D R j V V C C 1 0 Trong đó:
+ VR là điện áp ngược đặt lên diode + C0 là điện dung kết nối khi VR=0.
+ VD là điện thế kết nối (junction potential)(với diode Silic là 0.6V)
+ η là một hệ số phụ thuộc quá trìn sản xuất, biến thiên trong khoảng từ 0.3 đến 0.6. Hệ số phẩm chất Q của diode được định nghĩa là: s jR C A ω 1 =
Hình 4.5 biểu diễn đường cong “điện dung/VR” và đường cong “Hệ số phẩm chất/VR” của diode Varicap sử dụng trong bộđiều chế FM (MVAM115)
Hình 4.4: Kí hiệu và mạch điện tương đương của diode Varicap Hình 4.5: Các đường cong đặc tính của diode Varicap
4.3 THỰC TẬP Các thiết bị cần thiết: Các thiết bị cần thiết: + Các modul T10A – T10B + Nguồn một chiều +/-12V + Dao động kí + Tần kế + Vôn kế