I. Định nghĩa
4. Phơng pháp tính toán mạch điều biên
Các mạch điều biên đợc xây dựng dựa vào hai nguyên tắc sau đây:
- Dùng các phần tử phi tuyến: cộng tải tin và tín hiệu điều chế trên đặc tuyến của phần tử phi tuyến đó.
- Dùng phần tử tuyến tính có tham số điều khiển đợc: nhân tải tin và tín hiệu điều chế nhờ phần tử tuyến tính đó.
a. Điều biên dùng phần tử phi tuyến
Các phần tử phi tuyến dùng để điều biên có thể là đèn điện tử, đèn bán dẫn, điện trở có trị số biến đổi theo điện áp đặt vào.
Tuỳ thuộc vào điểm làm việc đợc chọn trên đặc tuyến phi tuyến, hàm số dặc trng cho phần tử phi tuyến có thể biểu diễn gần đúng theo chuỗi Taylor khi chế độ làm việc của mạch là chế độ A(θ=1800) huặc phân tích theo chuỗi Furier khi mạch làm việc ở chế độ góc cắt θ<1800(AB,B,C).
*. Tr ờng hợp 1: θ =1800
Giả thiết mạch điều biên dùng diode, để mạch làm việc ở chế độ A, phải thoả mãn điều kiện: |Ut| +|Us| <|Eo|
Hàm số đặc trng cho phần tử phi tuyến xung quanh điểm làm việc đợc biểu diễn theo chuỗi Taylor:
iD=a1. uD+ a2. uD2+ a3. uD3+... (II.14) Với uD=ED+Utcosωtt+ Uscosωst (II.15) Thay II.15 vào II.14 ta đợc:
iD=a1.(ED+Utcosωtt+Uscosωst) + a2.(ED+Utcosωtt+Uscosωst)2+ a3. (ED+Utcosωtt+ Uscosωst)3+... (II.16) Rt ws w t L1 1uH + E0 CB D1
Sơ đồ điều chế biên độ dùng diode-và dạng tín hiệu ra
iD
uD 93
Khai triển II.16 và bỏ các số hạng bậc lớn hơn 4, ta sẽ biểu diễn đợc dạng phổ tín hiệu nh sau:
Phổ tín hiệu ra trong trờng hợp này gồm thành phần phổ mong muốn
ωt± ωs và các thành phần phụ không mong muốn. Các thành phần phụ bằng không khi a3=a4=....=0
Nghĩa là nếu đờng đặc tính của phần tử phi tuyến là một đờng cong bậc 2 thì tín hiệu đã điều biên không co méo phi tuyến. Phần tử phi tuyến có đặc tính gần với dạng lý tởng.
Làm việc ở chế độ A biên độ của tải tin và tin tức phải có biên độ bé, vì vậy ít dùng chế độ này.
*. Tr ờng hợp <180θ 0
Khi θ<1800, nếu biên độ điện áp đặt vào đủ lớn thì có thể coi đặc tuyến của nó là đ- ờng gấp khúc. Phơng trình biểu diễn đặc tuyến của diode trong trờng hợp này nh sau:
iD= S.uD (s: hỗ dẫn của diode)khi UD >0, và =0 cho các trờng hợp khác. (II.17) ωt ωt - ω ss ωt + ω ss ωt + 2 ω ss ωt + 3 ω ss ωt -3 ω ss ωt -2 ω ss ω ss 2 ω ss 3 ω ss 2 ωt 2 ωt - ω ss 2 ωt + ω ss 2 ωt + 2 ω ss 2 ωt -2 ω ss
. Phổ tín hiệu điều biên làm việc ở chế A
Rt ws w t L1 1uH + E0 CB D iD uD
Sơ đồ điều chế chế độ C và dạng tín hiệu ra
Chọn điểm làm việc ban đầu trong khu tắt của diode, ứng với chế độ C. Vì dòng qua diode là một dãy xung hình sin nh hình7, nên có thể biểu diễn iD theo chuỗi furier nh sau:
iD= I0+ I1cosωtt+ I2cos2ωtt+ I3cos3ωtt+...+ Incosnωtt (II.18) Trong đó : Ii = Πi θ∫ iD ω ttdω tt
0
cos , i=1-n (II.19) Từ II.15 và II.17 ta có:
iD= S.Ut(cosωtt - cosθ) (II.21) và: cosθ = - (Eo + Uscosωst)/ Ut (II.22)
Cũng từ II.21 và II.22 biên độ của các thành phần hài theo II.19 đợc xác định.
b.Điều biên dùng phần tử tuyến tính có tham số thay đổi
Thực chất quá trình điều biên này là quá trình nhân tín hiệu, một ví dụ về mạch loại này là điều biên dùng bộ nhân tơng tự nh hình dới đây:
Trong mạch điện này quan hệ giữa điện áp ra uđb và điện áp vào ut là quan hệ tuyến tính. Tuy nhiên khi us biến thiên thì điểm làm việc chuyển từ đặc tuyến này sang đặc tuyến khác làm biên độ tín hiệu ra thay đổi để có tín hiệu điều biên.
Căn cứ vào tính chất của mạch nhân ta có biểu thức: uđb= (Eo + Uscosωst) Utcosωtt
= Eo Utcosωtt+(1/2) UsUt cos(ωt + ωs)t + (1/2) UsUt cos(ωt - ωs)t (II.23)