1. NỘI DUNG:
1.1.3.4 Bộ đa hài:
1) Mục tiêu
Làm quen với bộ đa hài đơn giản. Đây là 1 loại bộ dao động sử dụng Transitor như là những công tắc. Nó tạo ra dạng sóng khác xa dạng sóng hình Sin .
Làm quen với:
- Nhân tố quyết định tần số của bộ dao động đa hài.
- Dạng sóng đa hài và làm thế nào mà chúng bị ảnh hưởng bởi thiết kế mạch. - Ảnh hưởng của sự rò rỉ trong Transitor Base – Emitter Diodes và cách để
ngăn ngừa.
- Sự biến đổi trong tỉ lệ Mark/Space của bộ đa hài. - Quang phổ của tín hiệu đầu ra bộ đa hài.
2) Bài thực hành:
Xem xét 1 đôi biên độ với hồi tiếp vòng quanh chúng. Nếu độ khuếch đại của chúng dương và lớn hơn 1, bất kỳ sự rối loạn nhỏ nào trong mạch cũng bị khuếch đại, quay trở lại điểm ban đầu lớn hơn so với trước đó. Quá trình tiếp tục cho đến khi có cái gì dó ngăn khuếch đại xảy ra thêm nữa.
Nếu không có sự trì hoãn nào gây ra bởi mạch vòng hoặc bộ lọc trong chu kỳ thì quá trình sẽ diễn ra rất nhanh chóng.
Mỗi tầng khuếch đại trong bộ đa hài đơn giản là 1 khuếch đại điện áp xoay chiều.
Bây giờ xem xét chuyện gì xảy ra ở tầng thứ hai trong 2 tầng khuếch đại. Giảm đột ngột điệm áp tại collector của tầng thứ nhất làm cho baso của Transistor tầng thứ hai mang giá trị âm, ngắt Transistor.
Collector của Transistor do đó sẽ tăng tới 1 điện áp gần với đường ray cung cấp.
Lưu ý rằng đó chỉ là điều kiện cần thiết để tầng thứ nhất hoạt động. Do đó Transistor sẽ không còn ngắt 1 cách chính xác.
Điện trở R cung cấp 1 dòng điện thay đổi điện tích trên tụ điện, làm tăng điện áp của baso transistor. Cuối cùng baso tiến đến dương theo Emitter và Transistor bắt đầu dẫn điện.
Quá trình lặp lại 1 cách không xác định, chuyển mạch mỗi Transistor trong cuộn dây và mạch dao động.
Thực hiện:
Thiết bị dao động được sử dụng để kiểm tra dạng sóng tại 4 điểm trên màn hình. Máy đo tần số được nối đến collector của transistor tầng thứ 2 tại điểm kiểm tra 11.
Nhận xét:
- Do tụ C1 và C2 giống nhau, dạng tín hiệu tại điểm kiểm tra 9 và 12 là giống nhau và cùng mang giá trị âm.
- Dạng tín hiệu tại điểm 10 và 11 đều là các xung vuông dương, ngược pha so với tín hiệu kiểm tra được tại điểm 9 (12) do nó bị đảo pha khi đi qua transistor.
- Sự khác nhau tín hiệu giữa 2 Colector:
Tại điểm 10 Tại điểm 11
b) Bài thực hành 2: Ảnh hưởng từ sự thay đổi của những yếu tố khác
Bài thực hành này giới thiệu 2 đặc điểm mới:
+ Nguồn cấp điện có thể thay đổi được bởi nút điều khiển trên board mạch.
Khi collector của transistor giảm từ +Vs tới 0V còn baso của transistor khác có giá trị -Vs.
Mục đích của diode là ngăn cản bộ đảo chiều dòng điện từ dòng chảy, bảo vệ 2 transistor và dự đoán được đặc tính của bộ đa hài.
Thực hiện:
Đặt nguồn cung cấp điện áp ở mức maximum
Sử dụng nút switch để đặt hoặc ngắt diode trong mạch. Quan sát sự thay đổi của tần số.
Nhận xét:
Khi không đặt Diode trong mạch dạng tín hệu tương tự như đã quan sát được ở bài thực hành trên.
Sử sụng nút Switch để đặt diode vào trong mạch thì tín hiệu tại các điểm quan sát thay đổi như sau:
+ Điểm kiểm tra 9 và 12 trên màn hình quan sát cho tín hiệu ổn định hơn so với khi không có diode.
+ Xung tín hiệu tại điểm 10 và 11 trên màn hình quan sát có độ rộng lớn hơn khi đặt diode vào trong mạch.
c) Bài thực hành 3: Điều khiển tỉ lệ Mark/space:
Ở bài thực hành này, sẽ có 1 tính năng mới là điều khiển biến thiên tỉ lệ Mark/Space.
Đây là 1 bộ bù áp được thiết lập với 2 điện trở mắc nối tiếp nhau với các điện trở định thời R1, R2. Nguồn điện áp được kết nối đến thanh trượt ở trên bộ bù áp nên khi Rb1 tăng, Rb2 sẽ giảm.
Kết quả là, việc thay đổi sự điều khiển sẽ làm cho 1 tụ được nạp nhanh hơn và tụ còn lại chậm đi. Thời gian nạp cần thiết cho mỗi tụ được thay đổi và tỉ lệ mark/space được biến đổi.
Theo lý thuyết, việc thay đổi tỉ lệ mark/space theo cách này sẽ không làm biến đổi chu kỳ của tín hiệu đầu ra.
Thực hiện:
Tỉ số Mark/Space có thể điều chỉnh bởi nút điều khiển được cung cấp ở trên bảng mạch. Điều chỉnh nút này trong khi quan sát từng điểm đặt
Kiểm tra tần số với tỉ số mark/space thay đổi
Quan sát trên kích thước lớn của máy phân tích quang phổ sự thay đổi về dạng của tần số sóng hài khi tỉ số mark/space thay đổi.
Khi tỉ số Mark/Space được điều chỉnh thì tỉ số mark/space thay đổi, nhưng tần số không đổi vì nó chỉ thay đổi sự tương đối trong việc nạp năng lượng của các tụ.
Khi tỉ số Mark/Space được điều chỉnh, tần số không thay đổi.
Nếu 2 tụ có điện dung khác nhau, tần số có thể biến đổi cùng với sự biến đổi của tỉ số mark/space. (Tính toán những hằng số thời gian trong mỗi trường hợp với mỗi biến điều khiển được đặt tại điểm cuối của chuyển động).
Khi tỉ lệ Mark/Space là 1:1, ta nhận thấy trên phổ của dạng sóng nhận được, sóng hài đã hoàn toàn biến mất.
1.2 ĐIỀU CHẾ SỐ
1.2.1 Điều chế dịch biên độ – Amplitude Shift Keying (ASK)
1) Mục đích
Tìm hiểu về:
- Sự hình thành dạng nhị phân Điều chế dịch biên (ASK) - Giải điều chế của dạng nhị phân ASK
- Sự hình thành của dạng triệt sóng mang ASK (SC ASK) - Giải điều chế triệt ASK sóng mang.
2) Cơ sở lý thuyết
Phương trình hình sóng có thể biểu diễn dưới dạng sau: v(t) = Vcos(wt + ϕ)
Trong đó:
- v(t) là giá trị điện áp tức thời của hình dạng sóng. - V là biên độ của hình dạng sóng.
- W là tần số góc của hình dạng sóng. - ϕ là độ lệch pha so với pha chuẩn.
Ở phương trình trên, V, w và ϕ là các biến độc lập. Nếu 1 trong các giá trị trên bị thay đổi theo 1 tín hiệu nào đó thì sóng đó được gọi là đã được điều chế.
- Nếu V thay đổi thì gọi là điều chế Biên độ. - Nếu w thay đổi thì gọi là điều chế tần số. - Nếuϕ thay đổi thì ta gọi là điều chế pha.
Biểu thức tổng quát cho 1 biên độ sóng mang hình sin được điều chế bởi sóng điều chế hình sin là: v(t) = (Vc + Vmcos ωmt).cos ωct Trong đó: - c biểu thị sóng mang. - m biểu thị sóng điều chế.
- (Vc + Vmcos ωmt) là phần biên độ đã được điều chế của sóng mang. - cos ωct là phần biểu thị tần số hình sin của sóng mang.
Sau khi phân tích, ta được phương trình của hình sóng: v(t) = Vc cos ωct + 1
2 Vmcos(ωc – ωm) t + 1
2 Vmcos(ωc + ωm) t
Phương trình trên gồm có 3 phần: 1 phần với tần số ωc, 1 phần với tần số (ωc – ωm), và 1 phần với tần số (ωc – ωm).
Chúng được gọi là sóng mang (tại ωc) và các dải tần, dải tần phía trên (ωc – ωm)và dải tần phần dưới (ωc – ωm). Chúng còn được gọi là các dải biên dưới và các dải biên trên.
Từ phương trình trên, ta nhận thấy biên độ của thành phần sóng mang không thay đổi với sự điều chế, chỉ có biên độ của các dải biên biến đổi theo điện áp điều chế Vm.
Vì vậy, sóng mang trong hệ thống điều chế biên độ không mang thông tin, tất cả thông tin đều được vận chuyển bởi các dải biên.
a) Điều chế dịch biên (ASK):
Trong hệ thống truyền thông số, tín hiệu truyền đi thường có dạng sóng vuông hay là 1 chuỗi các xung.
ASK là 1 dạng điều chế biên độ, ở đó, sóng mang được điều chế bởi các sóng vuông và các chuỗi xung.
Sự điều chế này dựa trên việc thay đổi biên độ của sóng mang giữa 2 trạng thái bật và tắt. Nó được gọi là on-off ASK hay khoá on-off.
Trong trường hợp dạng sóng điều chế không phải sóng hình sin, như sóng vuông hoặc chuỗi xung, khoá on-off trong phương trình sẽ là: v(t) = Acos ωct với giá trị 1 và 0 trong trường hợp còn lại.
Tại điểm đến, tín hiệu ASK phải được giải điều chế. Đây là tiến trình ngược lại với tiến trình điều chế và được thực hiện bởi mạch tách sóng, làm nhiệm vụ loại bỏ thành phần sóng mang và tái tạo lại tín hiệu đầu ra theo tín hiệu nhị phân ban đầu.
Những tín hiệu nhị phân này sẽ được đưa vào mạch tái tạo xung để duy trì tính đồng bộ giữa tín hiệu nguồn và tín hiệu đã được khôi phục.
Trong bài thực hành này, ta sẽ tìm hiểu 2 dạng của ASK: dạng sóng mang được điều chế bởi tín hiệu đơn cực (on-off ASK) và dạng được điều chế bởi tín hiệu lưỡng cực (ASK sử dụng triệt sóng mang).
c) ASK triệt sóng mang:
Phương trình trên dựa trên dạng điều chế on-off ASK có sóng mang được điều chế bởi tín hiệu số với 2 giá trị là 0 và A.
Tuy nhiên, ta hoàn toàn có thể điều chế sóng mang với tín hiệu số với 2 giá trị +A và –A.
v(t) = +Acos(ωct) với trạng thái 1. = –Acos(ωct) với trạng thái 0.
Điều này sẽ tạo ra dạng sóng mang luân phiên cùng pha rồi đảo pha, giống như sóng điều chế liên tục thay đổi trạng thái.
Sóng điều chế lưỡng cực cũng vì thế mà tạo ra tín hiệu ở đầu ra có pha thay đổi theo dữ liệu nhị phân.
Nếu thực hiện biến đổi Fourier trên những phương trình này nhằm xác định quang phổ, ta sẽ thấy quang phổ bao gồm rất nhiều thành phần, cả phía trên và phía dưới tần số sóng mang, nhưng mức điện áp 1 chiều trung bình của dạng sóng có giá trị 0, quang phổ không chứa thành phần nào của tần số sóng mang.
Khi đó, sóng mang đã bị triệt tiêu và tín hiệu ra được gọi là ASK triệt sóng mang.
Lưu ý, 1 cách khác để nhận biết ASK triệt sóng mang là sử dụng khoá dịch pha (PSK), theo đó, pha liên tục thay đổi +90 và rồi –90 độ.
3) Bài thực hành:
a) Bài thực hành 1: Tạo tín hiệu ASK:
Trong bài thực hành này, ta sẽ tìm hiểu việc đóng ngắt sóng mang để tạo on-off ASK.
Yếu tố cơ bản nhất của sóng mang là “khoá”. Đó là sự đóng ngắt theo chu kỳ tương ứng với nội dung dạng nhị phân của tín hiệu.
Trong trường hợp này, tín hiệu được truyền đi dưới dạng sóng không liên tục như trong hình sau:
Theo lý thuyết, tín hiệu ASK có 3 thành phần: sóng mang, dải biên trên và dải biên dưới. Mỗi dải biên chiếm 1 dải tần số liền kề với tần số sóng mang.
Trong ASK, tần số sóng mang là không thay đổi và thành phần của sóng mang có biên độ không đổi trong chu kỳ “đóng”.
Do những mẫu tín hiệu nhị phân khác nhau đưa đến 1 số lượng khác nhau các trạng thái “đóng” (on) của sóng mang, quang phổ của những mẫu này sẽ biểu diễn với những độ lớn khác nhau của sóng mang.
Thực hiện:
Trong bài thực tập này, ta có 2 nút điều chỉnh ở phía giữa, bên phải bảng mạch điều khiển.
+ Đặt MS bits switch (7) ở giá trị 0 và LS bits switch (8) ở giá trị 1.
+ Kéo que dò tới mỗi điểm đặt và quan sát dạng tín hiệu bằng máy hiện dao động.
Nhận xét:
Dạng sóng ở điểm số 1 là điện áp 1 chiều.
2 nút data switch (7) và (8) (MS bits (7) & LS bits (8)) điều chỉnh nguồn tín hiệu đầu vào là các số trong hệ thập lục phân, sau đó chuyển thành giá trị nhị phân để điều chế tín hiệu.
Khi ta thay đổi giá trị tại 2 nút này, hình dáng của tín hiệu tại điểm 1 cũng thay đổi dẫn đến hình dạng của sóng tại đầu ra điểm 2 cũng thay đổi và đạt tới trạng thái “on”û hoàn toàn khi ta thiết lập 2 nút ở giá trị F-F.
b) Bài thực hành 2: Giải điều chế dùng diode:
Ở bài thực hành này, ta sẽ tìm hiểu khái niệm giải điều chế tín hiệu ASK sử dụng bộ tách sóng diode.
Quá trình này có thể xem như là quá trình ngược lại của quá trình điều chế và được thực hiện bởi mạch tách sóng, loại bỏ những thành phần cao tần và tạo tín hiệu 1 chiều ở đầu ra tương ứng với tín hiệu nhị phân ở đầu vào.
Tín hiệu nhị phân sẽ được làm trơn và đưa vào mạch tái tạo xung để duy trì tính đồng bộ giữa tín hiệu nguồn và tín hiệu đã được khôi phục.
Tín hiệu nhận được sẽ được đưa qua mạch, chỉ chấp nhận một khoảng giới hạn những tần số gần với tần số sóng mang để tránh những ảnh hưởng từ những nguồn tín hiệu bên trong và bên ngoài khác.
Thực hiện:
Ở bài thực hành này, bộ tách sóng diode đã được thêm vào bảng mạch ở bài thực hành trước. Ta sẽ quan sát hình dạng sóng sau khi đi qua bộ tách sóng diode ở các mức điều chỉnh khác nhau.
Nhận xét:
Ta nhận thấy, tại điểm quan sát số 3, hình dạng sóng có dạng tương tự như đường bao của sóng tại điểm số 2 và tương tự như dạng sóng tại điểm quan sát số 1.
Khi ta thay đổi các giá trị đầu vào, dạng sóng ở đầu ra cũng thay đổi theo. Sóng ở đầu ra cũng được làm trơn do tác dụng của bộ lọc trong bộ tách sóng diode.
c) Bài thực hành 3: ASK triệt sóng mang
Ở bài thực hành này, ta sẽ tìm hiểu khái niệm điều chế triệt sóng mang của ASK.
Ở bài thực hành này, ta sẽ tìm hiểu những khác biệt chính ở kết quả khi sóng mang được điều chế bởi tín hiệu nhị phân lưỡng cực.
Tín hiệu nhị phân lưỡng cực có phần dương mang giá trị 1 và phần âm mang giá trị 0.
Khi tín hiệu được đưa vào bộ điều chế, tác động của nó làm cho sóng mang bị nhân lên bởi cả xung âm và xung dương, tạo ra tín hiệu đồng pha cùng với tín hiệu ngược pha.
Vì thế, tín hiệu nhị phân liên tục lưỡng cực sẽ tạo ra tín hiệu ở đầu ra có pha thay đổi theo dữ liệu nhị phân.
Ngoài ra, vì tín hiệu dữ liệu lưỡng cực được sử dụng trong máy biến điệu như một dãy nhịp âm và dương tương đương nhau, dòng điện áp 1 chiều trung bình của chúng cộng lại sẽ bằng 0.
Kết quả là, đầu ra của bộ điều chế sẽ chỉ bao gồm những tần số dải biên với thành phần sóng mang không cố định. Sóng mang đã bị triệt tiêu.
Sự đứt đoạn của sóng mang làm giảm mức năng lượng cần thiết từ bộ chuyển phát mà không làm mất nội dung thông tin vì tất cả thông tin đều được vận chuyển trên các dải biên.
Lưu ý rằng, một cách khác để quan sát sóng mang bị triệt (ASK) là điều chế dịch pha (PSK) với sự dịch pha +/- 90 độ.
Thực hiện:
Hệ thống này cũng tương tự như hệ thống Tạo thành ASK mà ta đã thực hành ở bài trên ngoại trừ dạng sóng dữ liệu đầu vào là dạng lưỡng cực. Ta cũng làm tương tự như bài thực hành số 1 và quan sát các kết quả nhận được.
Nhận xét:
Ở tại điểm số 1, dạng sóng dữ liệu nhận được là dạng lưỡng cực.
Tại điểm quan sát số 8, dạng của sóng mang cũng tương tự như dạng sóng ở bài trước.
Tại điểm quan sát số 2, sóng mang không