Sóng hài liên quan đến các sản phẩm có thuộc tính mà mức đầu ra của chúng sẽ thay đổi theo tỷ lệ luật số mũ so với sự thay đổi của tín hiệu đầu vào. Số mũ đặc trưng là bậc của sản phẩm hài. Chẳng hạn, một sản phẩm bậc 2 sẽ thay đổi theo một tỷ lệ bình phương của thay đổi tín hiệu đầu vào. Sản phẩm bậc 3 sẽ thay đổi theo một tỷ lệ lập phương của thay đổi tín hiệu đầu vào. Cho méo hài, công thức sau cho thấy mối quan hệ của chúng (bỏ qua các thành phần méo IM và thành phần một chiều):
2 3
1 os( t)+ 2 os(2 t)+ 3 os(3 t)
out
1
a , a2, a3 là những hàm truyền của hài bậc 3, bậc hai và tín hiệu cơ bản. Số hạng đầu tiên tương ứng với tín hiệu cơ bản, số hạng thứ hai là hài bậc hai, số hạng thứ ba là hài bậc 3. Xem xét ví dụ sau:
Giả thiết có 1 V tín hiệu đầu vào (+13 dBm, 50 ohm) ứng dụng với một thiết bị sinh ra các hài sau:
10 V tín hiệu ra (+33 dBm) tại tần số cơ bản f1
10 mV hài bậc 2 tại tần số 2f1 (-27 dBm) 1 mV hài bậc 3 tại tần số 3f1 (-47 dBm)
Lý tưởng trong vùng tín hiệu nhỏ, nếu tín hiệu đầu vào gấp đôi là 2V (+19 dBm) sau đó sẽ xuất hiện:
Tín hiệu cơ bản đầu ra tăng tới 20 V (+ 39 dBm) ( chú ý điện áp thay đổi 2 lần thì công suất thay đổi 6 dB).
Hài bậc 2 tăng tới 40 mV (- 15 dBm) điện áp thay đổi 22=4, tương ứng 12 dB trong công suất.
Hài bậc 3 tăng tới 8mV (-29 dBm) điện áp thay đổi 23= 8, tương ứng với 18 dB trong công suất.
Tất cả được thể hiện trong hình sau:
Hình 2.18 Ảnh hưởng của thay đổi mức đối với các sản phẩm méo
2.2.3 Méo pha:
điện dung ở các thiết bị chuyển tiếp, hoặc là do sự giữ chậm tín hiệu của transistor lưỡng cực. Đa số các mạch khuếch đại thực tế đều chịu những ảnh hưởng nhớ bởi vì trong mạch có chứa các thành phần như là tụ điện và cuộn cảm. Trong trường hợp này, sự méo pha có thể xuất hiện từ dung tính hoặc cảm ứng phi tuyến. Điều này thông thường được tham chiếu tới như chuyển đổi điều chế biên độ tới điều chế pha (AM-PM). Do áp dụng một tín hiệu âm thanh đơn ở đầu vào của một mạch khuếch đại phi tuyến, thành phần cơ bản đầu ra có thể được cho bởi dạng sau:
(A Be+ jθ)cos( t)ω (2.37)
Biên độ của biểu thức (2.37) gồm có một thành phần bậc 1 là A, và một thành phần bậc 3 là Bejθ , ở đây θ là chênh lệch về pha ( vì do những điện dung phi tuyến) giữa 2 thành phần.
Bổ xung vào 2 pha, tuyến tính và bậc 3, dẫn tới một pha với một góc mới. Góc mới này phụ thuộc vào sự thay đổi của biên độ tín hiệu đầu vào. Kết quả là những sự thay đổi trong biên độ đầu vào làm phát sinh những sự thay đổi góc của thành phần tuyến tính của tín hiệu đầu ra. Cơ chế này được gọi là chuyển đổi AM-PM. Từ đó thành phần bậc 3 tăng nhanh hơn 3 lần so với thành phần đầu ra bậc 1 trên một thang logarit, chuyển đổi AM- PM sẽ nguy hiểm nhất khi mạch được điều khiển vào vùng bão hoà. Hình 2.18 minh hoạ sự chuyển đổi AM-AM và AM-PM của một tín hiệu hình sin trong 3 trường hợp chỉ chuyển đổi biên độ (hình 2.18a), chỉ chuyển đổi pha trong trường hợp b, và sự xếp chồng của hai chuyển đổi này như trong hình 2.18c.
Tóm lại méo AM-AM ( méo biên độ) là biên độ lối ra thay đổi theo quy luật khác với quy luật của biên độ tín hiệu lối vào.
Méo AM - PM (còn gọi là méo pha) là độ lệch pha giữa tín hiệu đầu ra và đầu vào phụ thuộc vào biên độ tín hiệu lối vào, khi đó đầu vào là tín
hiệu điều biên nhưng đầu ra là tín hiệu vừa điều biên vừa điều pha.
Hình 2.19 (a) chuyển đổi AM-AM, (b) chuyển đổi AM-PM, kết hợp chuyển đổi AM-AM và AM-PM
Kết luận chương 2
Trong chương này ta đã phân tích chỉ rõ tính phi tuyến của bộ khuếch tạo ra các sản phẩm không mong muốn như thế nào. Đưa ra các công thức tính công suất của các sản phẩm do tính phi tuyến của bộ khuếch đại tạo ra. Đồng thời đưa ra định nghĩa các loại méo, điểm chắn bậc 2 và bậc 3 do tính phi tuyến của bộ khuếch đại khi có tín hiệu vào. Cũng trong chương này ta đã chỉ ra các tham số của các loại méo do tính phi tuyến của bộ khuếch đại tạo ra phục vụ cho quá trình tìm ra các giải pháp để hạn chế các loại sản phẩm không mong muốn này và để nâng cao độ tuyến tính của mạch khuếch đại công suất
CHƯƠNG 3