2.5. Ghép nối với lƣới điện – xử lý tín hiệu
2.5.1.2. Mạch ghép kết hợp cảm kháng và dung kháng L-C
Hình 2.14: Mạch ghép kết hợp LC
Mạch ghép dung kháng ở trên có ƣu điểm là khá đơn giản, nhƣng chỉ có thể làm việc tốt với điều kiện điện lƣới là điện hạ thế (không quá lớn) và tần số của tín hiệu sóng mang cần truyền phải lớn hơn tần số dòng điện xoay chiều một khoảng nhất định. Nếu nhƣ điện áp của dòng điện lƣới là vài KV trở lên hoặc tần số của tín hiệu chỉ khoảng vài chục KHz thì thực tế mạch sẽ khơng cịn tác dụng nhƣ tính tốn
30
trên. Nguyên nhân là do R gần nhƣ không thay đổi trở kháng khi tần số thay đổi, vì thế mà bậc lọc của mạch chỉ là bậc nhất nên hiệu quả lọc không cao.
Do vậy đối với những trƣờng hợp đó phải sử dụng các mạch phối hợp phức tạp hơn nhƣ mạch kết hợp LC. Có hai cách sử dụng L trong trƣờng hợp này là dùng cuộn cảm đơn hay ghép biến áp. Việc ghép biến áp tuy phức tạp hơn nhƣng đạt hiệu quả rất cao và rất an toàn cho ngƣời sử dụng do việc cách ly hoàn toàn phần mạch với lƣới điện, điều đó cịn có giá trị bảo vệ mạch điện rất tốt khi lƣới điện gặp các sự cố nhƣ quá áp hay bị sét đánh. Khi hoạt động, cuộn cảm L mắc song song có vai trị cũng giống nhƣ tụ C là cho tần số cao là tần số của tín hiệu sóng mang đi qua và gây suy hao lớn với tần số thấp là tần số của dòng điện lƣới.
Đối với cả sơ đồ thu và sơ đồ phát tín hiệu thì mạch phối ghép cũng gần giống nhau. Tuy nhiên, ZC ở mạch phát thƣờng nhỏ hơn khá nhiều so với ZC ở mạch thu, do trở kháng ra ở mạch phát là nhỏ đóng vai trị là R nhỏ nên ZC không cần lớn để giảm suy hao cho tín hiệu phát đi. Sơ đồ (c) là toàn bộ phối ghép với lƣới điện cho lƣới điện 3 pha.
2.5.1.3. Mạch phối ghép R-L-C phức tạp
Để đạt đƣợc hiệu quả cao hơn trong việc lọc tín hiệu, sự kết hợp giữa bộ lọc thông thấp chịu đƣợc điện áp cao và mạch lọc thông dải đƣợc sử dụng.
Trong các mạch thực tế thì sau tầng cách ly ở sơ đồ thu cịn có các tầng lọc thơng dải để lọc nhiễu.
2.5.2. Các bộ lọc tƣơng tự
Có hai loại mạch lọc tƣơng tự là mạch lọc tích cực và mạch lọc thụ động. Ở mạch lọc tích cực, tín hiệu nằm trong giải thông đƣợc cho qua bộ lọc rồi đƣợc khuếch đại lớn hơn tín hiệu vào, cịn ở mạch lọc thụ động thì tín hiệu nằm trong dải lọc sẽ đƣợc cho qua bộ lọc với sự suy hao nhất định nên tín hiệu ra sẽ nhỏ hơn tín hiệu vào.
2.5.2.1. Mạch lọc RC
Ở phạm vi tần số thấp khoảng 1 MHz trở lại, chế tạo các cuộn cảm rất cồng kềnh mà chất lƣợng lại không tốt nên mạch lọc RC thƣờng đƣợc sử dụng. Do đặc
31
điểm của tụ C là trở kháng càng giảm khi tần số càng tăng nên ngƣời ta có thể dựa vào đó để thiết kế các bộ lọc RC thơng thấp hoặc thông cao.
Ƣu điểm của bộ lọc thụ động RC là đơn giản, kích thƣớc nhỏ gọn tuy nhiên hiệu quả lọc khơng cao vì chỉ là lọc bậc nhất.
Tần số trung tâm của mạch lọc đƣợc tính theo cơng thức sau:
(với R:Ω, C:F, fo:Hz) (2.3) Mạch lọc thông dải RC đƣợc tạo thành từ hai mạch lọc thông thấp và thông cao RC, để tăng khả năng lọc ta cịn có thể các tầng lọc nối tiếp nhau.
Hình 2.15: Các mạch lọc RC 2.5.2.2. Mạch lọc LC
32
Hình 2.17: Các mạch cộng hƣởng LC
Với tần số cao, mạch lọc LC đƣợc sử dụng và có nhiều ƣu điểm so với mạch RC. Do đặc tính của mạch lọc LC là khả năng cộng hƣởng nên với yêu cầu lọc dải tần số hẹp thì chất lƣợng lọc rất cao. Chính vì thế mạch cổng hƣởng LC đƣợc sử dụng khá phổ biến trong các máy thu tín hiệu (radio, tivi…).
2.5.2.3. Các mạch lọc bậc cao khác
Để đạt chất lƣợng lọc cao trong phạm vi tần số khơng lớn (dƣới vài MHz), ngƣời ta cịn dùng vi mạch khuếch đại thuật tốn và mạng RC gọi là mạch lọc tích cực.
Khác với lọc thụ động, mạch lọc tích cực đƣợc đặc trƣng bởi ba tham số cơ bản: tần số giới hạn fg, bậc của bộ lọc và loại bộ lọc.
Tần số giới hạn là những tần số mà tại đó đặc tuyến biên độ - tần số của hàm truyền đạt giảm 3dB so với hệ số truyền đạt ở tần số trung tâm. Bậc của bộ lọc xác định độ dốc của đặc tuyến biên độ - tần số ở tần số f >> fg. Loại của bộ lọc xác định dạng của đặc tuyến biên độ - tần số xung quanh tần số giới hạn và trong khu vực thông của mạch lọc. Mạch điện của loại bộ lọc thì giống nhau, chúng chỉ khác nhau ở giá trị của các linh kiện RC mà thơi.
33
Hình 2.18: Mạch lọc thông dải dùng vi mạch HA17741
Tần số cộng hƣởng: Hệ số phẩm chất:
(2.4)
Dải thông của mạch lọc: