Đề tài Khảo sát tín hiệu điều chế dùng matlab
Tài liệu Đề tài Khảo sát tín hiệu điều chế dùng matlab: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ DÙNG MATLAB Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THANH HẢI Sinh viên thực hiện NGUYỄN NHƯ CƯỜNG Lớp : 95 KĐĐ TP. HỒ CHÍ MINH 3 - 2000 CHƯƠNG 1 ĐIỀU BIÊN (AM: Amplitude modulation) Phổ của tín hiệu điều biên: Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức. Giả thiết tin tức là tín hiệu âm tần có phạm vi biến đổi tần số từ Wmin¸Wmax, ta có: VW = VW.cosWt (1.1) Tải tin là dao động cao tần: Vwo = V0.cosw0t (1.2) Từ (1-1) và (1-2) ta được tín hiệu điều biên có dạng: Trong đó: là hệ số điều chế hay còn gọi là độ sâu điều chế. Hệ số điều chế “m” phải thỏa mãn điều kiện m £ 1. Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng điều chế và tín hiệu méo trầm trọng (hình 1-1). Trong...
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Đề tài Khảo sát tín hiệu điều chế dùng matlab, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HCM
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT
KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ
BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
ÑEÀ TAØI:
KHAÛO SAÙT TÍN HIEÄU ÑIEÀU CHEÁ DUØNG MATLAB
Giaùo vieân höôùng daãn: NGUYEÃN THANH HAÛI
Sinh vieân thöïc hieän NGUYEÃN NHÖ CÖÔØNG
Lôùp : 95 KÑÑ
TP. HOÀ CHÍ MINH 3 - 2000
CHÖÔNG 1
ÑIEÀU BIEÂN (AM: Amplitude modulation)
Phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân:
Ñieàu bieân laø quaù trình laøm cho bieân ñoä taûi tin bieán ñoåi theo tin töùc.
Giaû thieát tin töùc laø tín hieäu aâm taàn coù phaïm vi bieán ñoåi taàn soá töø Wmin¸Wmax, ta coù:
VW = VW.cosWt (1.1)
Taûi tin laø dao ñoäng cao taàn:
Vwo = V0.cosw0t (1.2)
Töø (1-1) vaø (1-2) ta ñöôïc tín hieäu ñieàu bieân coù daïng:
Trong ñoù: laø heä soá ñieàu cheá hay coøn goïi laø ñoä saâu ñieàu cheá. Heä soá ñieàu cheá “m” phaûi thoûa maõn ñieàu kieän m £ 1. Neáu m > 1 thì maïch coù hieän töôïng ñieàu cheá vaø tín hieäu meùo traàm troïng (hình 1-1).
Trong thöïc teá mmax = 0,7 ¸ 0,8 ñeå ñaûm baûo thu tín hieäu khoâng bò meùo. Ta xaùc ñònh “m” trong thöïc teá baèng caùch ño caùc giaù trò Vmax, Vmin vaø aùp duïng coâng thöùc:
Khi m = 1 ta coù Vmax = 2V0 vaø Vmin = 0.
Bieán ñoåi löôïng giaùc coâng thöùc (1.3) ta coù:
V0
t
0
t
VW
0
t
VAM
m < 1
t
VAM
m = 1
t
VAM
m > 1
Hình 1.1 Daïng tín hieäu VW, V0 vaø tín hieäu ñieàu bieân VAM
w0 - W
w0 + W
w0
Wmin
Wmax
w
w
w
w0 - Wmax
w0 + Wmax
w0
w0 - Wmin
w0 + Wmin
0
0
0
Hình 1-2 Phoå cuûa rín hieäu AM
VAM
VW
V0
Nhö vaäy khi ñieàu cheá ñôn aâm phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân AM coù ba thaønh phaàn: Taûi tin coù taàn soá w0 vaø coù bieân ñoä V0; hai dao ñoäng bieân coù taàn soá w0 ± W vaø coù bieân ñoä nhö hình 1-2,a. Khi m=1 thì
Neáu ta ñieàu cheá moät daõi aâm taàn (Wmin¸Wmax) vaøo taûi tin, ta seõ coù phoå cuûa tín hieäu AM nhö hình 1-2,c.
Ta thaáy ngoaøi taûi tin w0 coù bieân ñoä V0 coøn coù hai bieân taàn: bieân taàn treân coù taàn soá töø (w0 - Wmin) ñeán (w0 + Wmax) vaø bieân taàn döôùi coù taàn soá töø (w0 - Wmax) ñeán (w0 + Wmin) ñoái xöùng qua taûi tin.
Thöïc chaát phoå cuûa caùc dao ñoäng hai bieân khoâng ñoàng ñieàu nhau maø caøng xa w0 thì bieân ñoä caøng giaûm do ñaëc tuyeán loïc cuûa boä coäng höôûng khoâng phaûi laø hình chöõ nhaät lyù töôûng.
Quan heä naêng löôïng trong ñieàu bieân:
Trong tín hieäu ñaõ ñieàu bieân, caùc bieân taàn chöùa tin töùc, coøn taûi tin khoâng mang tin töùc. Nhö vaäy coâng suaát taûi tin laø coâng suaát tieâu hao voâ ích, coøn coâng suaát bieân taàn laø coâng suaát höõu ích.
Pwo = (1.6)
V20
2RL
Coâng suaát taûi tin laø coâng suaát bình quaân trong moät chu kyø taûi tin:
Coâng suaát bieân taàn:
Khi ñieàu cheá saâu (100%): m = 1 thì (1.9)
Töø (1.3) ta coù: VAmmax = V0(1+m)
Do ñoù: (1.10)
Khi m = 1 thì PAMmax = 4Pwo (1.11)
Vaäy coâng suaát trung bình trong moät chu kyø ñieàu cheá:
Neáu m = 1 thì PAM = 3/2 Pwo (1.13)
Þ Pbt = 1/3 PAM (1.14)
Heä soá lôïi duïng coâng suaát:
Khi ñieàu cheá saâu nhaát m = 1 thì coù nghóa laø coâng suaát höõu ích chæ baèng moät phaàn ba toång coâng suaát phaùt ñi.
Trong thöïc teá ñeå tín hieäu khoâng meùo m = 0,7 ¸ 0,8 thì. Ñaây chính laø nhöôïc ñieåm cuûa tín hieäu AM so vôùi tín hieäu ñieàu bieân (SSB).
Caùc chæ tieâu cô baûn cuûa dao ñoäng ñaõ ñieàu bieân:
Heä soá meùo phi tuyeán:
Trong ñoù:
I(wt ± nws) (n ³ 2) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn doøng ñieän öùng vôùi haøi baäc cao cuûa tín hieäu ñieàu cheá;
A
B
C
UW
I0
Hình 1-3: Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh.
A–Giaù trò cöïc ñaïi; B–Taûi tin chöa ñieàu cheá
I(wt ± ws) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn bieân taàn.
Ñeå ñaëc tröng cho meùo phi tuyeán trong maïch ñieàu khieån, ngöôøi ta duøng ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh (hình 1.3). Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh cho bieát quan heä giöõa bieân ñoä tín hieäu ra vaø giaù trò töùc thôøi cuûa tín hieäu ñieàu cheá ôû ñaàu vaøo.
Daïng toång quaùt cuûa ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-3.
Ñöôøng ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh lyù töôûng laø moät ñöôøng thaúng töø C ñeán A. Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh khoâng thaúng seõ laøm cho löôïng bieán ñoåi cuûa bieân ñoä dao ñoäng cao taàn ñaàu ra so vôùi giaù trò ban ñaàu (ñieåm B) khoâng tyû leä ñöôøng thaúng vôùi trò töùc thôøi cuûa ñieän aùp ñieàu cheá. Do ñoù treân ñaàu ra thieát bò ñieàu bieân, ngoaøi caùc thaønh phaàn höõu ích (caùc bieân taàn), coøn coù caùc thaønh phaàn baäc cao khoâng mong muoán khaùc. Trong ñoù ñaùng löu yù nhaát laø thaønh phaàn cuûa taàn soá wt ± 2ws coù theå loït vaøo caùc bieân taàn maø khoâng theå loïc ñöôïc.
Ñeå giaûm meùo phi tuyeán, caàn haïn cheá phaïm vi laøm vieäc cuûa boä ñieàu cheá trong ñoaïn ñöôøng thaúng cuûa ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh. Luùc ñoù buoäc phaûi giaûm ñoä saâu ñieàu cheá.
Heä soá meùo taàn soá:
Ñeå ñaùnh giaù ñoä meùo taàn soá, ngöôì ta caên cöù vaøo ñaëc tuyeán bieân ñoä – taàn soá:
M = f(Fs)½Us = const
M = Hoaëc MdB = 20logM (1.17)
m0
m
Heä soá meùo taàn soá ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc:
Trong ñoù:
m0 – heä soá ñieàu cheá lôùn nhaát;
m – heä soá ñieàu cheá taïi taàn soá ñang xeùt;
Meùo taàn soá xuaát hieän chuû yeáu trong caùc taàng khuyeách ñaïi aâm taàn (khuyeách ñaïi tín hieäu ñieàu cheá), nhöng cuõng coù theå xuaát hieän trong caùc taàng ñieàu cheá vaø sau ñieàu cheá, khi maïch loïc ñaàu ra cuûa caùc taàng naøy khoâng ñaûm baûo baêng thoâng cho phoå cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu bieân(2Fmax)
Phöông phaùp tính toaùn maïch ñieàu bieân:
Caùc maïch ñieàu bieân ñöôïc xaây döïng döïa vaøo hai nguyeân taéc sau ñaây:
Duøng phaàn töû phi tuyeán : coäng taûi tin vaø tín hieäu ñieàu cheá treân ñaëc tuyeán cuûa phaàn töû phi tuyeán ñoù.
Duøng phaàn töû phi tuyeán coù tham soá ñieàu khieån ñöôïc: nhaân taûi tin vaø phi tín hieäu ñieàu cheá nhôø phaàn töû phi tuyeán ñoù.
Ñieàu bieân duøng phaàn töû phi tuyeán:
Caùc phaàn töû phi tuyeán ñöôïc duøng ñeå ñieàu bieân coù theå laø ñeøn ñieän töû, baùn daãn, caùc ñeøn coù khí, cuoän caûm coù loõi saét hoaëc ñieän trôû coù trò soá bieán ñoåi theo ñieän aùp ñaët vaøo.
Tuøy thuoäc vaøo ñieåm laøm vieäc ñöôïc choïn treân ñaëc tuyeán phi tuyeán, haøm soá ñaëc tröng cho phaàn töû phi tuyeán, coù theå bieåu dieãn gaàn ñuùng theo chuoãi Taylor khi cheá ñoä laøm vieäc cuûa maïch laø cheá ñoä A(q = 1800) hoaëc phaân tích theo chuoãi Fourier khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä maø goùc caét q < 1800 (cheá ñoä lôùp AB, B, C). phöông phaùp tính toaùn cho hai tröôøng hôïp ñoù nhö sau:
a). Tröôøng hôïp 1: q = 1800 .
Giaû thieát maïch ñieàu bieân duøng Diode (hình 1-5). Neáu caùc tín hieäu vaøo thoûa maõn ñieàu kieän ½V0½ + ½VW½ < ½E½ (2.18)
thì maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A (q = 1800) Haøm soá ñaët tröng cho phaàn töû phi tuyeán (diode) xung quanh ñieåm laøm vieäc ñöôïc bieåu dieãn theo chuoãi Taylor:
iD = a1uD + a2uD2 + a3uD3 +… (1.18)
vôùi uD = ED + U0cos0t + UWcosWt
Thay uD vaøo bieåu thöùc (1.18), nhaän ñöôïc:
ID = a1(E + U0 cosw0t + UWcoswWt) + a2(E + U0 cosw0t + UWcoswWt)2 + + a3(E + U0 cosw0t + UWcoswWt)3 +… (1.19)
Khai trieån (1.18) vaø boû qua caùc soá haïng baäc cao n ³ 4 seõ coù keát quaû maø phoå cuûa noù ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1.6. Phoå cuûa tín hieäu ra trong tröôøng hôïp naøy goàm thaønh phaàn phoå mong muoán. Caùc thaønh phaàn phuï baèng khoâng khí.
A3 = a4 = a5 = … = a2n+1 = 0 (n = 1, 2, 3,…)
Nghóa laø neáu ñöôøng ñaëc tính cuûa phaàn töû phi tuyeán laø moät ñöôøng cong baäc hai thì tín hieäu ñaõ ñieàu bieân khoâng coù meùo phi tuyeán. Phaàn töû phi tuyeán coù ñaëc tính gaàn vôùi daïng lyù töôûng (baäc 2) laø FET.
Ñeå thoûa maõn ñieàu kieän (1.18), taûi tin vaø tín hieäu ñieàu cheá phaûi coù bieân ñoä beù, nghóa laø phaûi haïn cheá coâng suaát ra. Vì lyù do ñoù, raát ít duøng ñieàu bieân cheá ñoä A.
t
iD
iD
UD
0
E0
0
t
UD
0
Hình 1.5 Ñieàu bieân ôû cheá ñoä A
a) Maïch ñieän duøng Diode; b) Ñaët tuyeán cuûa Diode
wW
b
a)
+ E0 -
CB
D
w0
Hình 1.6 Phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A
wW
2wW
3wW
w0 + wW
w0 + 2wW
w0 + 3wW
w0 - wW
w0 - 2wW
w0 - 3wW
2w0
2w0 + wW
2w0 + 2wW
2w0 - wW
2w0 - 2wW
w
b) Tröôøng hôïp 2: q < 1800
khi uD £ 0
ID = (1.20)
SuD khi uD >0
Khi q < 1800, neáu bieân ñoä ñieän aùp ñaët vaøo diode ñuû lôùn thì coù theå coi ñaëc tuyeán cuûa noù laø moät ñöôøng gaáp khuùc (hình 1-7). Phöông trình bieåu dieãn ñaët tuyeán cuûa diode trong tröôøng hôïp naøy nhö sau:
S: hoã daãn cuûa ñaëc tuyeán diode
Choïn ñieåm laøm vieäc ban ñaàu trong khu taéc cuûa diode (öùng vôùi cheá ñoä C)
Vì doøng qua diode laø moät daõy xung hình sin (hình 1-7b), neân coù theå bieåu dieãn iD theo chuoãi Fourier nhö sau:
ID = I0 + i1 + i2 +…+ in +…= Io + I1cosw0t + I2cos2w0t +..+ Incosnw0t (1.21)
Trong ñoù:
I0: thaønh phaàn doøng ñieän moät chieàu;
I1: bieân ñoä thaønh phaàn doøng ñieän cô baûn ñoái vôùi taûi tin;
I2, I3,…,In: bieân ñoä thaønh phaàn doøng ñieän baäc cao (haøi baäc cao) ñoái vôùi taûi tin;
I0, I1, I2,…, In ñöôïc tính toaùn theo caùc bieåu thöùc xaùc ñònh heä soá cuûa chuoãi Furier:
Theo bieåu thöùc (1.20):
iD = SuD = S(E + UWcoswWt + U0cosw0t) (1.23)
Khi w0t = q thì ID = 0 (hình 2-6), do ñoù ta coù:
0 = S(E + UWcoswWt + U0cosq) (1.24)
Laáy (2-22) tröø (2-23) ta coù :
iD = SU0 (cosw0t - cosq) (1.25)
Bieåu thöùc (1.25) laø moät daïng khaùc cuûa (1.23), noù bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa iD vaøo cheá ñoä coâng taùc (goùc caét q).
Bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn I1 (thaønh phaàn höõu ích):
(
)
26
1
2
sin
2
1
SU
t
td
cos
)
cos
t
(cos
SU
2
I
t
0
0
0
0
t
1
.
÷
ø
ö
ç
è
æ
q
-
q
p
=
w
w
q
-
w
p
=
ò
q
Do ñoù trò töùc thôøi cuûa thaønh phaàn cô baûn:
t
cos
2
sin
2
1
SU
i
t
t
1
w
÷
ø
ö
ç
è
æ
q
-
q
p
=
(1.27)
U
t
cos
U
E
cos
0
w
+
-
=
q
W
W
(1.28)
Ôû ñaây q xaùc ñònh ñöôïc töø bieåu höùc (1-24)
t
Hình 1.6: Ñieàu bieân ôû cheá ñoä lôùp C (tín hieäu vaøo lôùn)
Ñaëc tuyeán cuûa Diode, ñoà thò thôøi gian cuûa tín hieäu vaøo vaø tín hieäu ra.
b) Maïch ñieän.
iD
iD
0
0
UD
UD
0
UW(t)
q
a)
UW
U0
b)
- E0 +
D
CB
Ñieàu bieân duøng phaàn töû tuyeán tính coù tham soá Thay ñoåi:
Thöïc chaát quaù trình ñieàu bieân naøy laø quaù trình nhaân tín hieäu. Ví duï veà maïch ñieän loaïi naøy laø ñieàu bieân duøng boä nhaân töông töï (hình 1-7). Trong maïch ñieän naøy, quan heä giöõa ñieän aùp ra udb vaø ñieän aùp vaøo u0 laø quan heä tuyeán tính. Tuy nhieân, khi uW bieán thieân thì ñieåm laøm vieäc chuyeån töø ñaëc tuyeán naøy sang ñaëc tuyeán khaùc laøm cho bieân ñoä tín hieäu ra thay ñoåi ñeå coù ñieàu bieân.
Caên cöù vaøo tính chaát cuûa maïch nhaân, ta vieát ñöôïc bieåu thöùc cuûa ñieän aùp ra sau ñaây:
Uñb = (E + UWcoswWt)U0cosw0t
(
)
(
)
(
)
29
1
t
cos
2
U
U
t
cos
2
U
U
t
cos
EU
u
0
0
0
0
0
0
.
w
-
w
+
w
+
w
+
w
=
W
W
W
W
ñb
Hoaëc
Theo (1-28) phoå cuûa tín hieäu ra coù taûi tin vaø hai bieân taàn mong muoán.
Uñb
UW
E
U0
K
Uñb
UW 3
UW 2
UW 1
U0
b)
a)
Hình 1-7: Ñieàu bieân duøng maïch nhaân töông töï
a) Maïch ñieän; b) Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït
Caùc maïch ñieàu bieân cuï theå:
Ñeå thöïc hieän theo nguyeân taéc thöù nhaát, coù theå duøng moïi phaàn töû phi tuyeán, nhöng neáu duøng baùn daãn, ñeøn ñieän töû thì ñoàng thôøi vôùi ñieàu bieân, coøn coù theå khuyeách ñaïi tín hieäu. Veà maïch ñieän, ngöôøi ta phaân bieät caùc loaïi maïch ñieàu bieân sau: maïch ñieàu ñôn bieân, maïch ñieàu bieân caân baèng vaø maïch ñieàu bieân voøng.
1. Maïch ñieàu bieân ñôn:
Maïch ñieàu bieân ñôn laø maïch chæ duøng moät phaàn töû tích cöïc ñeå ñieàu cheá. Caùc maïch ñieän treân hình 1-5 vaø 1-6 laø caùc maïch ñieàu bieân ñôn duøng diode. Nhö ñaõ xeùt trong hai maïch ñieàu bieân, doøng ñieän ra taûi ngoaøi caùc thaønh phaàn höõu ích (caùc bieân taàn) coøn coù ñuû moïi thaønh phaàn khoâng mong muoán khaùc (taûi taàn vaø caùc haøi baäc cao). Ñoù laø ñaëc ñieåm cô baûn cuûa caùc maïch ñieàu bieân ñôn.
Ñaët tuyeán Volt-ampe cuûa diode, Transistor hay ñeøn ñieän töû chæ ñöôïc coi laø gaàn ñuùng laø thaúng khi tín hieäu vaøo ñuû lôùn. Chính vì vaäy ñoái vôùi maùy phaùt AM quaù trình ñieàu cheá thöôøng ñöôïc tieán haønh ôû ñaàu cuoái, hay tröôùc cuoái. Neáu chæ duøng Diode ta chæ thöïc hieän ñöôïc ñieàu bieân. Coøn neáu duøng Transistor, FET hay ñeøn ñieän töû ta thöïc hieän ñöôïc ñieàu bieân, laïi vöøa khuyeách ñaïi ñöôïc tín hieäu.
Khi tín hieäu vaøo nhoû, ñaëc tuyeán Volt-ampe cuûa diode, transistor, ñeøn ñieän töû ñöôïc goïi gaàn ñuùng laø moät ñöôøng cong:
i = f(V) = a0 + a1V + a2V2 + a3V3 +… (1.30)
Söï bieåu dieãn caøng chính xaùc neáu ta laáy luõy thöøa caøng cao. Thöïc teá ta chæ xeùt ñaëc tuyeán ñeán baäc 3, vì caùc baäc n > 3 coù bieân ñoä raát nhoû.
Goïi V1 = Vwo vaø V2 = VW, cho chuùng taùc duïng vaøo phaàn töû phi tuyeán ta coù:
i=f(V1+V2)=a0+a1V1+a1V2+a2V12+ a2V22+2a2V1V2+a3V13+3a3V12V2+3a3V1V22+a3V23+… (1.31)
Ñeå coù tín hieäu ñieàu bieân ôû ngoõ ra, chuùng ta caàn laáy ra:
a1V1 laø thaønh phaàn taàn soá soùng mang (taûi tin): w0
2a2V1V2 laø thaønh phaàn hai daûi bieân treân (w0 + W) vaø bieân döôùi (w0 - W)
D
L
R
VWo
Vwo
Hình 1-8 Ñieàu bieân moät veá
Neáu ta duøng maïch loïc coù taàn soá coäng höôûng: wCH = w0 nhö ôû hình 1-9 vaø daûi thoâng coù beà roäng D = 2W, ta seõ loïc ñöôïc hai thaønh phaàn treân vaø coù tín hieäu ñieàu bieân thoâng thöôøng.
Nhöng caùc soá haïng 3a3V1V22 seõ goàm hai thaønh phaàn taàn soá w0 vaø w0 ± 2W vì cos2x = ½(1 + cos2x). Do W > w0
Ñeå khöû meùo khoâng tuyeán tính ta coù hai phöông phaùp:
Ñaëc tuyeán volt-ampe cuûa phaàn töû khoâng tuyeán tính phaûi coù daïng baäc 2 ñeå khoâng coù caùc soá haïng baäc 3 (hoaëc a3 raát nhoû). Muoán vaäy ta phaûi duøng FET.
Khöû meùo baèng caùch caûi tieán maïch, thöïc hieän ñieàu cheá caân baèng nhö sau:
Trong hình 1-9a, ñieän aùp ñaët treân D1 vaø D2 laàn löôïc laø:
(1.33)
(1.32)
u1 = UWcoswWt + U0cosw0t
u2 = - UWcoswWt + U0cosw0t
Doøng ñieän qua caùc diode ñöôïc bieåu dieãn thaønh chuoãi Taylor:
i1 = a0 + a1u1 + a2u12 + a3u13 +…
i2 = a0 + a1u2 + a2u22 + a3u23 +…
Doøng ñieän ra: i = i1-i2 (1.34)
Thay (2-32), (2-33) vaøo (2-34) ta coù:
i = AcoswWt+ Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]+ D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.35)
Trong ñoù:
A = UW2a1+3a3U02+½(a3UW2)
1.36
B = ½(a3UW3)
C =2a2UWU0
D=3/2(a3UWU0)
Töông töï nhö vaäy cuõng chöùng minh keát quaû ñoù treân maïch ñieän hình 1-9b, Trong tröôøng hôïp caàn coù taûi tin ôû ñaàu ra, sau khi ñieàu cheá coù theå ñöa theâm taûi tin vaøo phoå cuûa tín hieäu ra cuûa maïch ñieàu bieân ñaõ caân baèng ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-9c.
CB
CB
D1
D2
i1
i2
Uñb
UW
U0
UW
U0
- UCC +
Uñb
a)
b)
0
wW
3wW
wt +3wW
w0
2w0
wt -3wW
Hình 1.9: Maïch ñieàu bieân caân baèng.
a) Duøng diode; b) Duøng Transistor; phoå tín hieäu ra;
w0 - wW
w0 + wW
2w0 + wW
2w0 - wW
Moät daïng khaùc cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng laø maïch ñieàu cheá voøng, thöïc chaát ñaây laø hai maïch ñieàu cheá caân baèng coù chung taûi. Sô ñoà maïch ñieàu bieân bieåu dieãn treân hình 1-10.
Goïi phaàn ñieän ra cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng goàm D1, D2 laø i1 vaø doøng ñieän ra cuûa maïch ñieàu cheá caân baèng goàm D3, D4 laø iII . Theo 1.35:
II= AcoswWt+ Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]+ D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.37a)
III = iD3- iD4 (1.37b)
Trong ñoù:
1.38
iD3= a0 +a1u3+a2u32+a3u33+…
iD4= a0 +a1u4+a2u42+a3u43+…
Vôùi u3vaø u4 laø ñieän aùp ñaët leân D3vaø D4, ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:
1.39
u3=-U0cosw0t-UWcoswWt
D1
D2
D3
D4
Uñb
UW
CB
CB
U0
w
w0 - wW
w0 + wW
w0
Hình 1.10: Maïch ñieàu bieân voøng.
a) Maïch ñieän; b) Phoå tín hieäu
0
u4=-U0cosw0t-UWcoswWt
Thay (1.38), (1.39) vaøo (1-37b) ta ñöôïc:
iII=- AcoswWt - Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]- D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.40)
A, B, C, D trong caùc bieåu thöùc (1.37a), (1.40) ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc (1.36). Töø (2.37a) vaø (1.40) xaùc ñònh ñöôïc doøng ñieän ra:
iñb = iI+iII= 2 C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t] (1.41)
Vaäy duøng maïch ñieàu cheá voøng coøn coù theå khöû ñöôïc caùc haøi baäc leû cuûa wW vaø caùc bieân taàn cuûa 2w0, do ñoù meùo phi tuyeán raát nhoû. Phoå tín hieäu ra cuûa maïch ñieàu cheá voøng ñöôïc bieåu dieãn treân hình 1-10b.
U0
Uñb
t
t
t
Hình 1-11: Minh hoïa taùc duïng cuûa maïch ñieàu cheá voøng nhö moät maïch nhaân
0
0
0
Maïch ñieàu cheá voøng cuõng coù theå coi laø moät maïch nhaân. Nguyeân taéc nhaân ñöôïc minh hoïa treân hình 1-11. Giaû thieát taûi tin laø daõy xung hình chöõ nhaät. Tuøy thuoäc vaøo söï thay ñoåi cuûa taûi tin, luùc thì D1, D2 môû , luùc thì D3 vaø D4 môû, caëp diode coøn laïi ngaét laøm cho tín hieäu vaøo uW thay ñoåi cöïc tính theo nhòp cuûa u0. Taùc duïng cuûa maïch ñieàu cheá voøng ñuùng nhö moät maïch nhaân.
UW
Maïch ñieàu cheá baèng Transistor:
Veà nguyeân lyù ñieàu bieân baèng Transistor cuõng goàm caùc loaïi :
Trong tröôøng hôïp Tranzistor löôõng cöïc, FET, ñeøn ñieän töû ñeå ñieàu bieân, ngöôøi ta phaân bieät caùc loaïi maïch ñieàu bieân sau ñaây: ñieàu bieân base, ñieàu bieân collector, ñieàu bieân cöûa, ñieàu bieân maùng, ñieàu bieân anot, ñieàu bieân löôùi,… Caùc loaïi maïch ñieàu bieân coù teân goïi töông öùng vôùi cöïc maø ñieän aùp ñieàu cheá ñöôïc ñaët vaøo.
Caùc Transistor cuõng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä keùm aùp (x= 0,85 ¸0,95xth) vaø ñöôïc choïn sao cho coù theå duy trì ñoä tuyeán tính cuûa ñaëc tính ñieàu cheá.
Ngöôøi ta thöôøng söû duïng vieäc taïo thieân aùp hoãn hôïp cho base ñeå duy trì ñieàu cheá tuyeán tính vaø giöõa goùc caét q = 900. Treân hình 1-13 laø moät maïch ñieàu bieân collector bieán ñoåi theo ñieän aùp aâm taàn:
V*CC =VCC + VWcosWt (1.42)
VCC: ñieän aùp nguoàn cung caáp trong tröôøng hôïp soùng mang khoâng ñieàu cheá.
VW:Bieân ñoä ñieän aùp aâm taàn töø boä khueách ñaïi coâng suaát aâm taàn.
Vwo
VCC
Tôùi taàng tröôùc
Tôùi boä KÑCS aâm taàn
VW
Ra
L
C®¥
C1
C2
C®¥
Lch
Hình 1-12: Ñieàu bieân Collector
Ñoái vôùi Transistor, ñieän aùp cuûa Collector khoâng ñöôïc taêng quaù giaù trò an toaøn cöïc ñaïi duø trong thôøi gian ngaén. Bôûi vaäy caàn phaûi thoûa maõn ñieàu kieän:
Vwo + VW < VCemax= BVCEO (1.43)
Trong ñoù :
Vwo: ñieän aùp cao taàn cöïc ñaïi ôû collector khi m=1;
BVCEO: ñieän aùp ñaùnh thuûng cho pheùp cöïc ñaïi;
Khaùc vôùi ñeøn ñieän töû, ñieàu bieân Collector coù coâng suaát ñaùnh giaù baèng coâng suaát ñænh:
PTB = Pwo(1+m)2/hCH (1.44)
hCH: hieäu suaát cuûa maïch coäng höôûng.
Trong tröôøng hôïp toång quaùt, ñaët tuyeán ñieàu cheá IC1(VCC) laø phi tuyeán nhö hình 2-14. Khi ñoù:
IC1 = IC1max(VCC/VCcmax)1-d (1.45)
d : heä soá bieán thieân 0 £ d £ 0,25
Ñaëc tuyeán ñieàu cheá Collector coù theå ñöôïc tuyeán tính hoùa nhôø ñieàu cheá phuï base.
Khi ñieän aùp Collector thaáp moái noái Collector ñöôïc phaân cöïc thuaän bôûi ñieän aùp ñaàu vaøo. Do vaäy dao ñoäng cao taàn tröïc tieáp ñi qua moái noái Collector phaân cöïc thuaän. Söï thay ñoåi cuûa doøng Collector trong vuøng 0-a xuaát hieän bôûi ñieàu cheá quaù möùc khi tín hieäu lôùn. Ñeå traùnh meùo phi tuyeán gaây ra ngöôøi ta aùp duïng ñieàu cheá Collector phuï ñöôïc thöïc hieän ôû Collector cuûa taàng tröôùc ñoù.
0
IC1
VCC
VW
VAM
VR
Vwo
- VAM+
Hình 1-13: Ñaëc tuyeán ñieàu cheá Collevtor
Hình 1-14:ÑBCB Transistor
Ta coù theå thöïc hieän ñieàu cheá caân baèng khoâng coù maïch loïc ñaàu ra duøng Transistor (hình 1-14). Öu ñieåm cuûa noù laø meùo phi tuyeán nhoû, bieân ñoä ñieàu bieân ôû ñaàu ra lôùn.
VÍ DUÏ MINH HOÏA:
Cho tín hieäu ñieàu bieân vôùi heä soá ñieàu cheá m=2, taàn soá ñieàu cheá W =10Khz. Tín hieäu taûi tin coù bieân ñoä V0=5mV vaø taàn soá w0=1Mhz
Vieát phöông trình tín hieäu ñieàu cheá vaø tín hieäu ñaõ ñieàu cheá.
Veõ daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá.
Giaûi:
Ta coù: V0(t) = 0.005 cos (2p*106) t
Ta laïi coù: Þ VW = mV0 = 2*0.005 =0.01
Tín hieäu ñieàu cheá:
VW = 0.01 cos (2p*104) t
Tín hieäu ñaõ ñieàu cheá:
VAM (t) = 0.005 [cos (2p*106) *t]*[ 1+ 2 cos(2p*104) *t].
Moâ phoûng daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá:
fc=10^6;fm=10^4;
T=1/fc;
t=0:T/200:100*T;
VAM(t)=0.005*cos(2*pi*fc*t).*[1+2*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,VAM(t))
Title('DC-AM,m>1')
Cho maïch ñieàu bieân collector nhö hình veõ.
TF2
TF1
T1
2N39C
LF
HF
AM
Hình 1-15: Boä ñieàu bieân söû duïng Transistor
Coù tín hieäu taûi tin: V0 (t) = 10 cos (2p *106) t
Vaø tín hieäu ñieàu cheá: VW (t) =7 cos (p*104) t
Haõy tìm giaù trò cuûa heä soá ñieàu cheá m vaø bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu cheá.Veõ daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá.
Giaûi:
Heä soá ñieàu cheá m: m =
Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu cheá:
VAM (t) = 10 cos (2p*106) t *[ 1+ 0.7* cos (2p*104) t]
Moâ phoûng daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá:
fc=10^6;fm=10^4;
T=2/fc;
t=0:T/50:100*T;
VAM(t)=10*cos(pi*fc*t).*[1+.7*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,VAM(t))
title('DC-AM,m<1')
Haõy tìm bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu bieân vaø veõ daïng tín hieäu ñieàu bieân ñoù vôùi tín hieäu taûi tin: V0 (t) = 5 cos (2p*1.7*106) t.
Vaø tín hieäu ñieàu cheá: VW (t) = 5 cos (2p*5*104) t.
Giaûi:
- Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá:
Ta coù: m=
Do ñoù: VAM (t) = 5 cos(2p*1.7*106) t*[ 1+ 1cos(2p*5*104) t]
Moâ phoûng daïng tín hieäu ñieàu cheá:
fc=1.7*10^6;fm=5*10^4;
T=1/fc;
t=0:T/200:100*T;
VAM(t)=5*cos(2*pi*fc*t).*[1+1*cos(2*pi*fm*t)];
plot(t,VAM(t))
title('DC-AM,m=1')
CHÖÔNG 2
ÑIEÀU CHEÁ ÑÔN BIEÂN (SSB: single sideband)
>>
0
f0
f
0
f
Hình 2-1:Phoå cuûa SSB
>>
1. Öu khuyeát ñieåm cuûa ñieàu cheá ñôn bieân:
Ta bieát tin töùc chæ chöùa trong bieân taàn, neân chæ caàn truyeàn ñi moät bieân taàn laø ñuû thoâng tin veà tin töùc. Quaù trình ñieàu cheá nhaèm taïo ra moät daûi bieân taàn goïi laø ñieàu cheá ñôn bieân. Taûi taàn chæ caàn duøng ñeå taùch soùng do ñoù coù theå neùn toaøn boä hoaëc moät phaàn taûi tin tröôùc khi truyeàn ñi.
Moät soá öu ñieåm cuûa ñieàu cheá ñôn bieân (SSB) so vôùi ñieàu bieân
Ñoä roäng daûi taàn giaûm moät nöõa :
DSSB <1/2DAM
Bôûi vaäy trong cuøng moät daûi taàn soá thì soá ñaøi coù theå boá trí taêng gaáp ñoâi.
Hieäu suaát raát cao ñoái vôùi ñieàu cheá AM:
Phöõu ích= Pbt = 1/3PAM khi m=1
Ñoái vôùi ñieàu cheá ñôn bieân Phöõu ích = Pbt = PSSB .
Xeùt heä soá lôïi duïng coâng suaát :
kAM =1/3 vaø kSSB =1 khi m = 1
kAM = 1/9 vaø kSSB =1 klhi m = 0,5
Vaäy khi m caøng nhoû thì maùy phaùt ñôn bieân caøng coù coâng suaát höõu ích lôùn hôn nhieàu laàn so vôùi Phöõu ích cuûa maùy phaùt ñieàu bieân.
(3) Do DSSB £ 2DAM neân ñoái vôùi caùc loaïi nhieãu noùi chung (S/N)SSB > (S/N)AM vaø rieâng ñoái vôùi nhieãu traéng (nhieãu coù cöôøng ñoä nhö nhau) thì (S/N)SSB ³
Nhö vaäy ñeå maùy phaùt AM vaø SSB coù cuøng S/N, ta phaûi taêng PAM leân hai laàn
Do hieän töôïng pha ñinh trong truyeàn soùng maø taàn soá soùng mang f0 coù theå bò suy giaûm. Ñoái vôùi maùy thu AM coù luùc m > 1 seõ gaây meùo do quaù ñieàu cheá. Neáu pha ñinh raát lôùn laøm maát haún taàn soá soùng mang thì maùy thu seõ khoâng thu ñöôïc gì. Coøn ñoái vôùi maùy thu SSB pha ñinh laøm suy giaûm hay trieät tieâu taàn soá soùng mang khoâng gaây aûnh höôûng gì.
Ñoái vôùi tín hieäu AM trong giaûi truyeàn soùng ngaén, do söï phaân taùn cuûa ñaëc tuyeán pha maø xaåy ra söï chia pha caùc dao ñoäng trong daûi bieân. Ñieàu ñoù laøm meùo tín hieäu truyeàn vaø laøm giaûm bieân ñoä ñieän aùp ôû ñaàu vaøo boä taùch soùng cuûa maùy thu AM. Toån hao coâng suaát ôû ñaàu ra, do ñoù ñöôïc ñaùnh giaù laø 50%. Coøn ñoái vôùi tín hieäu SSB thì moïi tin töùc ñieàu ñöôïc phaùt trong moät daûi bieân neân khoâng coù hieän töôïng chia pha.
Duøng tín hieäu SSB seõ thöïc hieän ñöôïc söï baûo maät toát, do neáu khoâng bieát taàn soá soùng mang thì seõ khoâng thu ñöôïc tin töùc. Do vaäy maùy phaùt vaø maùy thu SSB ñöôïc söû duïng raát nhieàu trong lónh vöïc quaân söï.
Tuy coù nhieàu öu ñieåm nhöng do yeâu caàu kyõ thuaät khaù cao nhö maïch loïc daûi phaûi raát heïp vaø doác ñöùng; vieäc taïo laïi taàn soá soùng mang f0 trong maùy thu phaûi raát chính xaùc môùi khoâng meùo tín hieäu… neân maùy phaùt vaø maùy thu hieäu SSB caáu taïo phöùc taïp hôn so vôùi maùy phaùt vaø maùy thu AM. Bôûi vaäy noù chæ ñöôïc duøng trong caùc maùy thu phaùt thoâng tin chuyeân duïng nhö trong maùy phaùt thoaïi vaø phaùt tín hieäu nhieàu keânh.
uñb(t) = U0 cos (w0+wW) (2-1)
Ta coù tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân sau ñaây:
Trong ñoù:
Trong bieåu thöùc (2-1), m khoâng mang yù nghóa veà ñoä saâu ñieàu cheá nöõa vaø goïi laø heä soá neùn taûi tin.
Ñoà thò vecto cuûa tín hieäu ñôn bieân ñöôïc bieåu dieãn treân hình 2-2. Ta thaáy, vectô ñaëc tröng cho dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân thay ñoåi caû veà bieân ñoä laãn goùc pha, nghóa laø ñieàu cheá ñôn bieân bao giôø cuõng keøm theo ñieàu cheá pha. Taûi tin bò neùn moät phaàn hoaëc bò neùn hoaøn toaøn, do ñoù vectô taûi tin U0 coù theå nhoû hôn vectô bieân taàn UW. Trong kyõ thuaät truyeàn hình tín hieäu ñieàu cheá video moät phaàn laø tín hieäu ñieàu bieân (khi fs £ 0,75MHz), phaàn coøn laïi (0,75 MHz £ fS£ 5 MHz) laø tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân (hình2-3). Baèng caùch ñoù giaûm ñöôïc daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu cheá video. Neáu caét boû hoaøn toaøn moät tín hieäu bieân taàn thì vaán ñeà loïc daûi seõ khoù khaên, hôn nöõa seõ xuaát hieän sai pha.
F(MHz)
fth+5
Fth+5,5 = ftt
fth
fth - 0,75
fth - 1,75
5,5 MHz
UÑB
w0
wW
U0
UW
Hình 2-2:Ñoà thò vector cuûa dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân
Hình 2-3: Ñaëc tính bieân ñoä cuûa tín hieäu hình. (fth: taûi taàn tin; ftt: taûi taàn tieáng)
2 . Caùc phöông phaùp ñieàu cheá ñôn bieân:
Phöông phaùp ñaàu tieân ñeå taïo ra tín hieäu ñôn bieân SSB laø töø tín hieäu ñieàu bieân AM ngöôøi ta duøng boä loïc daûi ñeå taùch moät bieân taàn caàn thieát cuûa tín hieäu ra. Nhöng do yeâu caàu chaát löôïng cao neân boä loïc daûi raát phöùc taïp. Bôûi vaäy ngöôøi ta taïo hai phöông phaùp taïo tín hieäu SSB khaùc nhau: phöông phaùp quay pha vaø phöông phaùp loïc-pha
Nhöng do hai phöông phaùp naøy laïi taïo ra moät soá saûn phaûm khoâng caàn thieát nhö taàn soá soùng mang f0 , daûi bieân thöù hai..
Maët kaùc hai phöông phaùp naøy khoâng theå taïo ra boä ñieàu cheá coù chæ tieâu kyõ thuaät cao vaø oån ñònh, bôûi vaäy noù cuõng ít ñöôïc duøng. Ngaøy nay phöông phaùp taïo tín hieäu SSB ñaõ ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát laø phöông phaùp toång hôïp: taïo tín hieäu SSB baèng caùc taàn soá soùng mang khaùc nhau. Ñaëc bieät laø khi boä loïc thaïch anh ra ñôøi thì phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng raát roäng raõi.
Ñieàu cheá ñôn bieân theo phöông phaùp loïc:
Ñieàu cheá caân baèng
Boä loïc daûi heïp
Wmin
Wmax
w0 - Wmax
w0 + Wmin
w0 - Wmax
w0 + Wmin
w0
w0 - Wmax
w0 - Wmin
4
3
1
2
w0
f
f
f
4
3
2
1
Vw0
VW
VSSB
VW,Vwo
VDSB
0
0
0
Hình 2.4: Sô ñoà khoái vaø phoå tín hieäu cuûa phöông phaùp loïc
Tín hieäu ñieàu cheá VW vaø taûi tin Vwñöôïc ñöa vaøo boä ñieàu cheá caân baèng. Sau boä ñieàu cheá caân baèng ta thu ñöôïc hai daûi bieân (DSB). Sau ñoù duøng boä loïc daûi ta seõ thu ñuôïc bieân treân hoaëc bieân döôùi nhö hình 2-4. Nhöng do W << w0 neân w0 ± W raát gaàn w0, vì vaäy vieäc loïc raát khoù khaên. Ta coù tyû soá loïc:
w0 :taàn soá soùng mang.
D: khoaûng caùch giöõa taàn soá caàn loïc vaø taàn soá cho qua.
Ta thaáy X caøng lôùn, caøng deã loïc coù nghóa laø taàn soá soùng mang f0 caøng gaàn taàn soá ñieàu cheá W caøng deã loïc. Trong thöïc teá ta choïn taàn soá trung gian naèm trong khoaûng (100 ¸ 500MHz) vì ôû daûi taàn soá ñoù ta coù boä loïc thaïch anh vaø boä loïc cô ñieän toát nhaát. Sau ñoù ñeå chuyeån fTG leân taàn soá taûi tin f0 ta duøng theâm moät vaøi boä ñieàu cheá caân baèng vaø boä loïc daûi ôû caùc taàn soá khaùc nhau. Moãi laàn loïc thì tyû soá X lôùn hôn neân deã thöïc hieän loïc hôn. Phöông phaùp ñoù goïi laø phöông phaùp toång hôïp.
Phöông phaùp toång hôïp:
Dao ñoäng
n
Dao ñoäng
2
Dao ñoäng
1
Hình 2-5a: Sô ñoà khoái cuûa phöông phaùp toång hôïp
f1
f2
fn
f0 = f1 + f2 +…+ fn
2D = 2w1 + 2Wmin
w2+w1+Wmin
w2+w1+Wmax
w2-w1-Wmax
w2-w1-Wmin
w1+Wmin
w1+Wmax
w1-Wmax
w1-Wmin
w1+Wmin
w1+Wmax
2Wmin
Wmin
Wmax
w1
w2
f
f
f
f
f
V1
V2
V3
V4
V5
Hình 2.5b:Phoå tín hieäu theo phöông phaùp toång hôïp
ÑCCBI
Loïc
1
ÑCCB
II
Loïc 2
ÑCCB
n
Loïcn
Boä loïc 1 thöôøng laø boä loïc thaïch anh hay boä loïc cô ñieän chaát löôïng cao vì D raát nhoû. Taàn soá soùng mang thöù 2 coù f1>>f0 vaø D = w1 + Wmin khaù lôùn neân deã loïc hôn. Vì vaäy boä loïc 2 thöôøng laø boä loïc L, C ñôn giaûn. Neáu f2 chöa ôû trong daûi taàn soá laøm vieäc thì ta laïi duøng tôùi taàn soá thöù 2 : duøng boä ñieàu cheá caân baèng 3. Boä loïc 3 cuõng ñôn giaûn nhö boä loïc 2 vì D lôùn:
D = w1 +w2 + Wmin
Cöù theá cho ñeán khi naøo ta ñaït ñöôïc taàn soá laøm vieäc f0. (taàn soá taûi tin)
c) Phöông phaùp quay pha:
Nguyeân taéc taïo tín hieäu ñôn bieân baèng phöông phaùp quay pha ñöôïc minh hoïa treân ñoà thò vectô hình 2-6
I
1,2
4
3
I
4
3
1
2
a
a
a
II
II
a
wWt = 00
wWt = a0
Hình 2-6: Ñoà thò vector cuûa dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân theo phöông phaùp quay pha
Tín hieäu aâm taàn VW vaø daûi tin Vwo tröôùc khi ñöa vaøo boä ÑCCB II ñöôïc di pha moät goùc 900. Coøn tín hieäu aâm taàn VW vaø taûi tin Vwo ñöôïc ñöa thaúng vaøo boä ÑCCB I. Tín hieäu ôû ñaàu ra cuûa hai boä ÑCCB seõ qua boä toång (hoaëc hieäu) vaø ôû ñaàu ra cuûa boä toång (hoaëc hieäu) laø tín hieäu ñôn bieân SSB nhö hình 2-7
VSSB
ÑCCB I
ÑCCB II
Di Pha 900
Maïch toång
Dao ñoäng taûi tin
Di Pha 900
VI
VII
VW
Hình 2-7: Sô ñoà khoái maïch ñieàu cheá SSB theo phöông phaùp quay pha
Phöông phaùp quay pha ñöôïc thöïc hieän ôû ngay daûi taàn soá laøm vieäc.
ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB I ta nhaän ñöôïc:
ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB II ta nhaän ñöôïc:
ÔÛ ñaàu ra boä toång ta nhaän ñöôïc:
VSSB = VwoVWcos(w0 - W)t (2.2)
Ñaây chính laø bieân taàn döôùi cuûa tín hieäu SSB. Neáu ta thay maïch toång baèng maïch hieäu ta seõ nhaän ñöôïc bieân taàn treân.
Phöông phaùp naøy coù theå môû roäng cho tröôøng hôïp heä thoáng ñieàu cheá coù soá löôïng boä ñieàu cheá n ³ 3, luùc ñoù seõ coù n maïch quay pha P/n.
Bieåu thöùc 2.2 chæ ñuùng khi hai boä ÑCCB hoaøn toaøn gioáng nhau ñeå VI, VII coù bieân ñoä nhö nhau vaø hai boä di pha phaûi taïo ra di pha chính xaùc (ñuùng 900). Neáu khoâng ôû ñaàu ra ta seõ thu ñöôïc caû hai bieân taàn. Ñaây laø khoù khaên lôùn vì thöïc hieän quay pha chính xaùc ñoái vôùi moät tín hieäu coù daûi taàn roäng (Wmin + Wmax) khoâng phaûi ñôn giaûn. Vì vaäy phöông phaùp naøy ngaøy nay ít ñöôïc söû duïng.
Phöông phaùp loïc vaø quay pha keát hôïp:
Di pha 900
Dao ñoäng w1
Loïc thoâng döôùi 1
Dao ñoäng w2
Maïch toång
VW
VII
V'II
V'I
VIII
VI
VSSB
Hình 2-8: Sô ñoà khoái maïch ñieàu cheá SSB theo phöông phaùp loïc vaø quay pha keát hôïp
Di pha 900
ÑCCB
IV
Loïc thoâng döôùi 2
ÑCCB
II
ÑCCB
I
ÑCCB
III
Ta choïn taûi tin thöù nhaát coù taàn soá dao ñoäng : ñeå deã daøng loïc laáy thoâng döôùi
ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB I vaø II ta nhaän ñöôïc:
Qua boä loïc thoâng döôùi 1, 2 ta nhaän ñöôïc:
ÔÛ ñaàu ra boä ÑCCB III vaø IV ta nhaän ñöôïc:
fSmin
ft1
ft2
ft1 + ft2
S(f)
S(f)
S(f)
S(f)
fSmin
fSmax
ft1
f
f
f
f
a)
b)
c)
d)
Hình 2-9: Phoå vaø ñoà thò vectô cuûa dao ñoäng ñieàu cheá ñôn bieân theo phöông phaùp loïc – quay pha keát hôïp.
Phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá;
Phoå tín hieäu ra treân boä ÑCCB I;
Phoå tín hieäu ra boä loïc;
Phoå tín hieäu ra maïch hieäu
ÔÛ ñaàu ra boä toång ta nhaän ñöôïc:
Ñaây laø bieân taàn treân cuûa tín hieäu SSB. Neáu ta thay boä toång baèng boä hieäu ta seõ thu ñöôïc bieân taàn döôùi. Phöông phaùp khoâng caàn duøng maïch quay pha ñoái vôùi tín hieäu ñieàu cheá neân deã thöïc hieän hôn.
Phoå cuûa tín hieäu ñôn bieân vaø ñoà thò vectô cuûa noù theo phöông phaùp loïc – quay pha keát hôïp ñöôïc bieåu dieãn treân hình 2-9.
3. Ví duï minh hoïa:
Cho tín hieäu taûi tin: V0(t) = 10 cos (6p*106) t
Vaø tín hieäu dieàu cheá: VW (t) = 5 cos (3p*104) t.
Haõy vieát bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân ôû ñaàu ra VSSB trong tröôøng hôïp duøng phöông phaùp quay pha vaø veõ daïng tín hieäu VSSB ñoù.
Giaûi:
Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân:
VSSB (t) = VI +VII = 50 cos (597p*104) t
- Moâ phoûng daïng tín hieäu ñieàu cheá ñôn bieân:
f=597*pi*10^4;
T=1/f;
t=0:T/50:30*T;
V=50*cos(f*t);
plot(t,V)
title('DC-SSB')
CHÖÔNG 2
ÑIEÀU TAÀN & ÑIEÀU PHA
(FM: Frequency Modulation - PM: Pules Modulation)
Quan heä giöõa ñieàu taàn vaø ñieàu pha:
w = (3.1)
dy
dt
Vì giöõa taàn soá vaø goùc pha cuûa moät dao ñoäng coù quan heä vôùi nhau, neân deã daøng chuyeån ñoåi söï bieán thieân taàn soá thaønh bieán thieân veà pha vaø ngöôïc laïi:
Ñieàu taàn vaø ñieàu pha laø quaù trình ghi tin töùc vaøo taûi tin, laøm cho taàn soá hoaëc pha töùc thôøi cuûa taûi tin bieán thieân theo daïng tín hieäu ñieàu cheá (tín hieäu aâm taàn).
Taûi tin laø dao ñoäng ñieàu hoøa:
V0(t) = V0cos(w0t +j0) = V0cosj(t) (3.2)
Töø 3.1 ta coù :
Thay (3.3) vaøo (3.2) ta nhaän ñöôïc bieåu thöùc:
Giaû thieát tín hieäu ñieàu cheá laø tín hieäu ñôn aâm :
VW(t)= VWcosWt (3.5)
Khi ñieàu cheá taàn soá hoaëc ñieàu cheá pha thì taàn soá hoaëc goùc pha cuûa taûi tin bieán thieân tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá vaø chuùng ñöôïc xaùc ñònh theo caùc bieåu thöùc sau:
w(t) = w0 + DwcosWt (3.6)
Dw: löôïng di taàn cöïc ñaïi.
mf = k = (3.7)
VW
W
W
Dw
Khi ñoù ta coù chæ soá ñieàu taàn:
k: heä soá tyû leä
j(t) = j0 + Dj cosWt (3.8)
Dj: löôïng di pha cöïc ñaïi. Khi ñoù ta coù chæ soá ñieàu pha:
mp= kVW = Dj (3.9)
Töø (3.6) ta coù:
Dw = kVW (3.10)
Neân khi VW = const thì Dw= const nhöng khi W thay ñoåi thì mf cuõng thay ñoåi.
Töø (3-8) ta nhaän thaáy khi VW = const thì mp = const, nhöng ñoä di taàn khi ñieàu pha thì taêng tyû leä vôùi taàn soá ñieàu cheá theo bieåu thöùc:
Nhö vaäy ñieàu khaùc nhau cô baûn giöõa ñieàu taàn vaø ñieàu pha laø löôïng di taàn khi ñieàu pha tyû leä vôùi bieân ñoä ñieän aùp ñieàu cheá vaø taàn soá ñieàu cheá, coøn löôïng di taàn khi ñieàu cheá taàn soá chæ tyû leä vôùi bieân ñoä ñieän aùp ñieàu cheá maø thoâi.
Thay (3.6) vaø (3.8) vaøo (3.3) ta nhaän ñöôïc tín hieäu ñaõ ñieàu taàn vaø ñieàu pha nhö sau:
VFM(t) = V0cos(w0t + sinWt + j0) (3.12)
VPM(t) = V0cos(w0t + DjcosWt + j0) (3.13)
Ta nhaän thaáy neáu ta ñöa tín hieäu ñieàu cheá qua moät maïch tích phaân, roài vaøo maïch ñieàu cheá pha thì ôû ñaàu ra ta seõ nhaän ñöôïc tín hieäu ñieàu cheá taàn soá. Ngöôïc laïi, neáu ta ñöa tín hieäu ñieàu cheá qua moät maïch vi phaân, roài vaøo maïch ñieàu cheá taàn soá thì ôû ñaàu ra ta nhaän ñöôïc tín hieäu ñieàu cheá pha (hình 3-1)
Loïc thoâng thaáp
Taùch soùng pha
Chia n:1
Dao ñoäng thaïch anh
Chia n2
Khuyeách ñaïi
VW
fra
fTA
Hình 3-1: Ñieàu taàn duøng heä thoáng AFC-P
Boä dao ñoäng f0
Phoå cuûa dao ñoäng ñieàu taàn vaø ñieàu pha:
Coâng thöùc (3.12) vaø (3.13) coù theå vieát laïi nhö sau vôùi j0 = 0:
VFM (t) = V0cos(w0t + mfsinWt) (3.14)
VPM(t) = V0cos(w0t + mpsinWt) (3.15)
Khi ñieàu cheá ñôn aâm, phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn vaø ñieàu pha chæ chöùa thaønh phaàn w0 vaø nhieàu thaønh phaàn taàn soá bieân (w0 ± nW) vôùi n = 1, 2, 3 (ñöôïc cho trong baûng 2-1). Bieân ñoä cuûa caùc thaønh phaàn taàn soá bieân tyû leä vôùi haøm soá Bessel loaïi 1 baäc n nhö hình (3-2)
mf
J0
Kích thöôùc taàn soá
J1
J2
J3
J4
J5
J6
J7
J8
J9
J10
J11
J12
0.25
0.5
1.0
1.5
2.0
2.4
3.0
4.0
5.0
5.5
6.0
7.0
8.0
8.65
0.98
0.94
0.77
0.51
0.22
0
-0.26
-0.40
-0.18
0
0.15
0.30
0.17
0
0.12
0.24
0.44
0.56
0.58
0.52
0.34
-0.07
-0.33
-0.34
-0.28
0
0.23
0.27
0.01
0.03
0.11
0.23
0.35
0.43
0.49
0.36
0.05
-0.12
-0.24
-0.30
-0.11
0.06
0.02
0.06
0.13
0.20
0.31
0.43
0.36
0.26
0.11
-0.17
-0.29
-0.24
0.01
0.03
0.06
0.13
0.28
0.39
0.40
0.36
0.16
-0.10
-0.23
0.01
0.04
0.13
0.26
0.32
0.36
0.35
0.19
0.03
0.01
0.05
0.13
0.19
0.25
0.34
0.34
0.26
0.02
0.05
0.09
0.13
0.23
0.32
0.34
0.02
0.03
0.06
0.13
0.22
0.28
0.01
0.01
0.02
0.06
0.13
0.10
0.01
0.02
0.06
0.10
0.01
0.03
0.05
0.01
0.02
Baûng haøm Bessel
J1
J2
J0
Hình 3-2:Giaù trò heä soá Bessel ñoái vôùi J0, J1, J2 phuï thuoäc mf
mf
0,2
0,4
0,6
0,8
1
VFM = V0 J0(m)cosw0t + SJn(m) cos(w0 + nW)t + (-1)n. cos(w0 - nW)t (3.16)
Töø ñoà thò hình 3.2 ta coù nhaän xeùt:
Bieân ñoä haøm Bessel thay ñoåi trong khoaûng: (-1) ¸ (+1).
Coù moät soá mf = 2,4; 5,5; 8,6; 75… coù J0 = 0. Nhö vaäy ta khoâng ñöôïc choïn mf coù caùc giaù trò naøy vì noù seõ laøm maát thaønh phaàn taûi tin w0.
Vôùi moät soá m nhaát ñònh thì J1,2 = 0.
n caøng cao thì Jn caøng giaûm vaø m caøng lôùn thì Jn cuõng caøng giaûm. Veà lyù thueát n = ¥, nhöng thöïc teá ta chæ chuù yù ñeán caùc thaønh phaàn taàn soá coù Jn(mf) > 0,01J0(mf) .
Phoå cuûa caùc haøm Bessel baäc leû ngöôïc pha nhau, coøn phoå cuûa caùc haøm bessel baäc chaün cuøng chieàu vôùi nhau:
J(2n + 1)(m) = -J-(2n + 1)(m) (3.17)
J2n(m) = J-2n(m)
Khi chæ tính ñeán caùc thaønh phaàn coù Jn(mf) ³ 0,01 thì beà roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu taàn chieám laø:
DFM = 2(mf ++1)Wmax (3.18)
Khi mf > 1 ta coù bieåu thöùc gaàn ñuùng
DFM » 2mf Wmax = 2Dw (3.19)
w
J2
J3
J1
J0
J1
J2
J3
Jn(m)
0
Hình 3-3: Phoå cuûa haøm Bessel
Nhö vaäy ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu taàn khoâng phuï thuoäc taàn soá ñieàu cheá W. Ñoái vôùi tín hieäu ñieàu pha, ñoä roäng daûi taàn cuûa noù ñöôïc xaùc ñònh gaàn ñuùng :
DPM » 2mpWmax = 2Wmax.Dj (3.20)
Vaäy ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu pha phuï thuoäc taàn soá ñieàu cheá .
Khi mf £1thì chæ coù moät caëp bieân taàn coù bieân ñoä lôùn hôn 5% bieân ñoä daûi taàn. Do ñoù:
DFM » 2Wmax (3.21)
Trong tröôøng hôïp ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu taàn baèng ñoä roäng daûi taàn cuûa tín hieäu ñieàu bieân, ta goïi laø ñieàu taàn daûi heïp. Ngöôïc laïi khi mf,p >1ta goïi laø ñieàu taàn daûi roäng.
Thoâng thöôøng tín hieäu ñieàu cheá laø tín hieäu baát kyø goàm nhieàu thaønh phaàn taàn soá. Luùc ñoù tín hieäu ñieàu cheá taàn soá vaø ñieàu cheá pha coù theå bieåu dieãn toång quaùt theo bieåu thöùc sau:
Trong ñoù: ji goùc pha ñaàu; vì hieäu pha khaùc nhau cuûa caùc thaønh phaàn phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá coù tính chaát quyeát ñònh ñoái vôùi daïng tín hieäu toång quaùt cuûa noù.
w0 + SmiWi (3.23)
m
i = 1
Khai trieån (3.22) theo chuoãi Bessel ta coù h ñieàu taàn vôùi taát caû thaønh phaàn taàn soá toång hôïp:
Vôùi mi: laø soá nguyeân höõu tyû: -¥ £ m £ ¥
Khi taàn soá ñieàu cheá thay ñoåi (W bieán thieân) thì beà roäng phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn khoâng thay ñoåi nhöng soá vaïch phoå thay ñoåi theo W. Ngöôïc laïi, khi taàn soá ñieàu cheá thay ñoåi thì beà roäng phoå cuûa tín hieäu ñieàu pha thay ñoåi, nhöng soá vaïch phoå khoâng thay ñoåi.
Hình 3-4 minh hoïa söï khaùc nhau veà beà roäng phoå vaø soá vaïch phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn vaø ñieàu pha.
f
f
f
mf = 5
mf = 1
W = 1kHz
W = 5kHz
W = 5kHz
Dw
Dw
Dw
Dw
(a)
(b)
Hình 3-4: Beà roäng phoå vaø soá vaïch phoå cuûa tín hieäu ñieàu taàn (a); vaø cuûa tín hieäu ñieàu pha (b)
Maïch ñieàu taàn vaø ñieàu pha:
Veà nguyeân taéc coù theå phaân bieät maïch ñieàu taàn giaùn tieáp caø maïch ñieàu taàn tröïc tieáp, cuõng nhö maïch ñieàu pha giaùn tieáp vaø maïch ñieàu pha tröïc tieáp. Trong ñoù ñieàu taàn giaùn tieáp laø ñieàu taàn thoâng qua ñieàu pha (hình 3-1a) vaø ngöôïc laïi ñieàu pha giaùn tieáp laø ñieàu pha thoâng qua ñieàu taàn (hình 3-1b). Nhö vaäy ta chæ caàn nghieân cöùu caùc maïch ñieàu taàn tröïc tieáp vaø maïch ñieàu pha tröïc tieáp, roài döïa vaøo sô ñoà khoái treân hình 3-1 suy ra ñöôïc ñieàu taàn giaùn tieáp vaø ñieàu pha giaùn tieáp.
Wmin
Wmax
W
Hình 3-5: Phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá aâm taàn (VW)
0
Hình 3-6:Maïch naâng cao taàn(a) ôû maùy phaùt vaø maïch giaûm taàn cao (b) ôû maùy thu.
VW
VW
KAT
Ñieàu taàn
R
R
C
C
a)
b)
Xeùt phoå aâm thanh cuûa ngöôøi, ta thaáy thöïc teá ôû taàn soá cao bieân ñoä aâm bò giaûm nhoû. Do ñoù ôû taàn soá cao ñoä di taàn nhoû vì Dw = kVW nghóa laø tín hieäu ñieàu taàn bò meùo.
Ñeå khaéc phuïc ôû phía maùy phaùt tröôùc khi ñöa tín hieäu ñieàu cheá VW vaøo boä ñieàu taàn, ta phaûi ñöa qua boä khueách ñaïi naâng taàn soá cao (emphasis) ñeå trong daûi taàn soá ñieàu cheá ta coù Dw » const.
Ngöôïc laïi trong maùy thu ôû taàn ñaàu cuûa boä khueách ñaïi aâm taàn ta phaûi cho tín hieäu ñaõ ñieàu cheá qua boä suy giaûm taàn soá (deemphasis) ñeå nhaän ñöôïc tín hieäu trung thöïc ôû loa. (hình 3-6)
Maïch ñieàu taàn tröïc tieáp:
Khi ñieàu taàn tröïc tieáp, taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa maïch taïo dao ñoäng ñöôïc ñieàu khieån theo tín hieäu ñieàu cheá.
Maïch ñieàu taàn tröïc tieáp thöôøng ñöôïc thöïc hieän bôûi caùc maïch taïo dao ñoäng maø taàn soá dao ñoäng rieâng cuûa noù ñöôïc ñieàu khieån bôûi doøng ñieän hoaëc aùp (VCO: Voltage controlled oscillator vaø CCO: Circuit controlled oscillator) hoaëc bôûi caùc maïch bieán ñoåi ñieän aùp – taàn soá. Caùc maïch taïo dao ñoäng bieán ñoåi theo ñieän aùp ñaët vaøo coù theå laø maïch taïo dao ñoäng xung hoaëc caùc maïch taïo dao ñoäng ñieàu hoøa LC. Caùc maïch taïo dao ñoäng LC cho khaû naêng bieán ñoåi taàn soá khaù roäng vaø coù taàn soá trung taâm cao. Nguyeân taéc thöïc hieän ñieàu taàn trong caùc boä taïo dao ñoäng theo ñieän aùp ñaët vaøo. Phöông phaùp phoå bieán nhaát laø duøng diode bieán dung (varicap) vaø transistor ñieän khaùng.
Ñieàu taàn duøng trasistor ñieän khaùng:
Phaàn töû ñieän khaùng: dung tính hoaëc caûm tính coù trò soá bieán thieân theo ñieän aùp ñieàu cheá ñaët treân noù ñöôïc maéc song song vôùi heä dao ñoäng cuûa boä taïo dao ñoäng laøm cho taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo tín hieäu ñieàu cheá. Phaàn töû ñieän khaùng ñöôïc thöïc hieän nhôø moät maïch di pha maéc trong maïch hoài tieáp cuûa moät transistor. Coù 4 caùch maéc maïch phaàn töû ñieän khaùng nhö bieåu dieãn trong baûng 3.1
Vôùi maïch phaân aùp RC ta tính ñöôïc:
S: hoã daãn
Z » = jXL = jwLtñ (3.24)
jwCR
S
Trong ñoù: Ltd =
SC
S
Neáu choïn caùc linh kieän sao cho thì trôû khaùng Z coù theå xaùc ñònh theo bieåu thöùc:
Caùch maéc
Sô ñoà nguyeân lyù
Ñoà thò vector
Trò soá ñieän khaùng
Tham soá töông ñöông
I
V
VC
VR
R
C
I
V
Maïch phaân aùp RC
I
L
R
V
I
V
VR
VL
Maïch phaân aùp RL
I
V
VC
VR
R
I
C
V
Maïch phaân aùp RC
I
R
L
V
I
V
VL
VR
Maïch phaân aùp LC
Baûng 3-1
Töông töï nhö vaäy, coù theå chöùng minh cho caùc sô ñoà phaân aùp coøn laïi trong baûng 3-1. Caùc tham soá töông ñöông cuûa thaønh phaàn ñieän khaùng ñieàu phuï thuoäc vaøo hoå daãn S.
Roõ raøng, khi ñieän aùp ñieàu cheá ñaët vaøo base cuûa phaàn töû ñieän khaùng thay ñoåi thì S thay ñoåi vaø do ñoù caùc tham soá Ltñ hoaëc Ctñ thay ñoåi laøm cho taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo VW.
Ñieàu taàn duøng phaàn töû ñieän khaùng coù theå ñaït ñöôïc löôïng di taàn töông ñoái Df/ft khoaûng 2%.
Hình3-7: Sô ñoà boä taïo dao ñoäng ñieàu taàn baèng phaàn töû ñieän khaùng phaân aùp RC.
CB1 ¸ CB4: Tuï ñieän ngaén maïch cao taàn
LC: Cuoän chaën cao taàn
LK
CB2
CB3
CB44
CK
LC
L1
CB1
Treân hình 3.7 laø sô ñoà boä dao ñoäng gheùp bieán aùp ñöôïc ñieàu taàn baèng phaàn töû ñieän khaùng phaân aùp RC. Trong ñoù T1 laø transistor ñieän khaùng, T2 laø transistor taïo dao ñoäng. Transistor ñieän khaùng ñöôïc maéc moät phaàn (treân L1) vôùi heä dao ñoäng.
Cuõng coù theå maéc hai transistor ñieän khaùng thaønh moät maïch ñaåy keùo ñeå taêng löôïng di taàn treân hình 3.8.
Treân sô ñoà naøy (hình 3-8), T1 laø phaàn töû ñieän khaùng caûm tính, vôùi Ltñ = vaø T2 laø phaàn töû ñieän khaùng dung tính vôùi Ctñ = CRST2.
Hình 3-8: Sô ñoà taïo dao ñoäng ñieàu taàn baèng maïch ñieän khaùng ñaåy keùo.
CB1¸ CB4: tuï ñieän ngaén maïch cao taàn:
CB5: tuï ñieän ngaén maïch aâm taàn (uW)
US
UB
R
R1
R2
R3
R4
CB1
C2
C1
CB5
CB3
CB2
CE
CB4
CK
LK
T3
T2
T1
R4
LC
Theo sô ñoà, khi USSB taêng thì ST1 taêng, coøn ST2 giaûm, laøm cho Ltñ vaø Ctñ ñeàu giaûm, do ñoù taàn soá giaûm nhanh hôn theo ñieän aùp ñieàu cheá vaø löôïng di taàn taêng leân gaáp ñoâi (neáu T1, T2 coù tham soá gioáng nhau). Maïch coøn coù öu tieân, taêng ñöôïc ñoä oån ñònh taàn soá trung taâm ft cuûa boä taïo dao ñoäng (T3). Thaät vaäy, giaû thieát ñieän aùp nguoàn cung caáp taêng thì hoã daãn cuûa caû T1 vaø T2 ñeàu taêng moät löôïng DS. Luùc ñoù Ltñ giaûm, Ctñ taêng. Neáu maïch ñieän T1, T2 hoaøn toaøn ñoái xöùng thì löôïng taêng cuûa Ctñ seõ buø ñöôïc löôïng giaûm cuûa Ltñ , do ñoù coù theå coi taàn soá trung taâm khoâng ñoåi.
Ñieàu taàn duøng diode Tunel:
Ngöôøi ta coù theå ñöa ñieän aùp ngöôïc vaøo hai ñaàu diode ñeå thay ñoåi ñieän dung giaùn tieáp cuûa diode theo tín hieäu ñieàu cheá aâm taàn. Khi ñoù:
CÑ » (3.25)
k = const
VÑ £ 0,8 VÑ ñaùnh thuûng
LK
CK
C1®¥
C1®¥
R2
Hình 3-9: Ñieàu taàn baèng Diode Tunel.
Sô ñoà ñieàu taàn;
Ñaëc tuyeán Volt-ampe vaø R
VW
a)
b)
V
V
I
0
0
R+
VCC
VW
Nhöng do CÑ bieán ñoåi trong moät phaïm vi raát nhoû vaø khoâng tuyeán tính, neân noù chæ ñöôïc söû duïng trong caùc maïch töï ñoäng ñieàu chænh taàn soá, maø khoâng duøng ñeå taïo neân tín hieäu ñieàu taàn. Ñeå taïo tín hieäu FM ta coù theå duøng diode tunel nhö hình 3-9
R1, R2: taïo phaân cöïc cho diode Tunel naèm ôû ñoaïn coù ñieän trôû aâm.
C1: cho ñieän aùp aâm taàn ñi qua, ngaên ñieän aùp moät chieàu.
C2: ngaén maïch ñieän aùp cao taàn khoâng cho vaøo nguoàn cung caáp VCC .
f0 = - (3.26)
1
2p
1
LK(CK + C2)
1
C2(CK + C1)½R½2
Ñoái vôùi diode Tunel taàn soá dao ñoäng cuûa maïch bieán thieân theo ñieän aùp phaân cöïc. Töø hình 3-9b ta nhaän thaáy chæ caàn moät söï thay ñoåi nhoû cuûa ñieän aùp phaân cöïc cuõng gaây neân söï bieán thieân lôùn cuûa ñieän trôû aâm vaø laøm cho taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo bieåu thöùc:
Khi VW taêng thì VÑ taêng vaø IÑ giaûm neân R = VÑ/IÑ taêng laøm f0 taêng leân.
Khi VW giaûm thì VÑ giaûm vaø IÑ taêng neân R = VÑ/IÑ giaûm laøm f0 giaûm xuoáng.
Maïch ñieàu taàn baèng diode Tunel khaù ñôn giaûn vaø tuyeán tính hôn duøng diode thöôøng song ñoä di taàn khaù heïp (Dw nhoû).
Ta thaáy taïo tín hieäu ñieàu taàn baèng ñeøn ñieän khaùng, baèng diode vaø diode Tunel coù ñoä di taàn heïp do chuùng khoâng tröïc tieáp taùc ñoäng leân taàn soá dao ñoäng f0. Töø khi Varicap ra ñôøi ngöôøi ta chuû yeáu söû duïng noù laøm phaàn töû ñieàu taàn vì ñieän dung cuûa noù thay ñoåi theo ñieän aùp phaân cöïc vaø tröïc tieáp laøm thay ñoåi taàn soá dao ñoäng. ÔÛ phaïm vi taàn soá cao khi CV thay ñoåi laøm f0 thay ñoåi raát nhieàu taïo neân ñoä di taàn lôùn vaø ñaëc tuyeán cuûa Varicap tuyeán tính, tính choáng nhieãu cao, khoâng tieâu thuï naêng löôïng neân noù duøng ñeå ñieàu taàn raát toát.
Ñieàu taàn duøng Varicap:
CD
CD
CD
0
0
t
VW
c)
Hình 3-10: Sô ñoà töông ñöông (a); Sô ñoà maéc maïch cuûa Varicap (b); vaø ñaëc tuyeán ñieàu cheá CV theo VW(c)
LK
CK
VPC
VW
RPC
CD
RD
b)
a)
CV = (3.27)
(VÑ +jT)g
k
Diode bieán dung (Varicap) coù ñieän dung maët gheùp bieán ñoåi theo ñieän aùp ñaët vaøo. Noù coù sô ñoà töông ñöông ôû hình 3-10a. Trò soá RV vaø CV phuï thuoäc vaøo ñieän aùp ñaët treân diode. Tröôøng hôïp diode phaân cöïc ngöôïc RV = ¥ vaø coøn CV ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:
Trong ñoù:
k: Heä soá tyû leä; k = CV0. jT; CV0 :CV ban ñaàu khi VÑ= 0.
j: hieäu ñieän theá tieáp xuùc cuûa maët gheùp; vôùi diode Silic jT » 0,7V.
g: heä soá phuï thuoäc vaät lieäu; g = 1/3 ¸1/2
VÑ = VPC + VW (3.28)
VPC: ñieän aùp cung caáp moät chieàu ñònh ñieåm laøm vieäc ban ñaàu cho Varicap.
Ñoái vôùi transistor Silic g » ½.
w » » (3.29)
1
LK(CK + CV)
1
K
VPC + VW +0,7
LK CK
+
Neáu R >>1/wCV thì ta coù taàn soá dao ñoäng cuûa hình 3-10b gaàn ñuùng nhö sau:
Neáu ta choïn CV >> CK ta coù bieåu thöùc gaàn ñuùng:
w » (3.20)
Ta thaáy taàn soá tyû leä vôùi ñieän aùp ñieàu cheá VW qua caên baäc 4 neân VW phaûi ñuû lôùn ñeå taàn soá dao ñoäng thay ñoåi theo VW.
Treân hình 3-10b ta thaáy ñieän aùp cao taàn treân LK, CK seõ phaân cöïc thuaän Varicap taêng leân. Daãn tôùi laøm heä soá phaåm chaát cuûa maïch coäng höôûng giaûm vaø taïo neân soùng haøi khi Varicap ñöôïc phaân cöïc lieân tieáp aâm, döông. Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng naøy ta coù moät soá bieän phaùp sau:
Tính toaùn ñeå sao cho diode luoân luoân phaân cöïc ngöôïc khi treân noù coù caû ñieän aùp cao taàn. Ñieän aùp ñaët treân diode:
VD=V0cosw0t + VWcost – VPC (3.21)
VDmax = V0 + VW - VPC £ 0 (3.22)
Nhöng ñieän aùp ngöôïc ñaët leân diode cuõng khoâng ñöôïc vöôït quaù trò soá cho pheùp, noù ñoàng thôøi thoûa maõn coâng thöùc:
VDmin = ½- V0 - VW - VPC½ £ Vng cho pheùp (3.23)
+Vpc
Rpc
Cgh
CK
LK
LK
Vpc
VW
VW
CK
Lch
R
VR1
Hình 3-11: Maéc ñaåy keùo Varicap
Maéc theâm tuï gheùp Cgh noù seõ ngaên khoâng cho ñieän aùp cao taàn xuaát hieän treân Varicap. Nhöng nhö vaäy khi VW thay ñoåi CV thay ñoåi nhöng seõ thay ñoåi raát ít, neân ñoä di taàn seõ heïp.
Ñeå khaéc phuïc caû hai nhöôïc ñieåm treân, ngöôøi ta khoâng maéc Cgh , maø maéc hai Varicap ngöôïc nhau nhö hình 3-11. Caùch maéc naøy goïi laø maéc ñaåy keùo Varicap. Hai Varicap ñöôïc phaân cöïc cuøng moät luùc. Khi tín hieäu cao taàn aùp vaøo 2 varicap gioáng nhau, noù seõ laùi chuùng ñeán nhöõng giaù trò ñieän dung cao vaø thaáp luaân phieân nhau: Do ñoù ñieän dung ñuùng trong maïch gaàn nhö khoâng thay ñoåi theo ñieän aùp cao taàn, maø chæ thay ñoåi ñieän aùp aâm taàn.
Khi ñoù ñeå Varicap phaân cöïc ngöôïc ta chæ caàn thoûa maõn ñeàu kieän:
VDmax = VW - Vpc £ 0 vaø VDmin = ½- VW -Vpc½£ Vng cho pheùp
Nhö vaäy phaïm vi thay ñoåi cuûa ñieän aùp ñieàu cheá VW seõ lôùn hôn, daãn tôùi phaïm vi bieán ñoåi cuûa CV cuõng lôùn hôn, nghóa laø ñoä di taàn seõ lôùn hôn. Tuy nhieân maéc 2 Varicap ñaåy keùo seõ laøm giaûm ñieän dung töông ñöông Ctñ = CV/2 (neáu 2 Varicap gioáng nhau). Ñeå buø laïi ngöôøi ta choïn nhöõng Varicap coù giaù trò baèng 2 laàn Ctoång maø ta mong muoán. (Ví duï CV = 15pF thì ta phaûi choïn CV1 = CV2 =30pF).
Vì doøng phaân cöïc Icp =0 neân bieán trôû VR1 vaø R coù theå coù giaù trò raát lôùn. Tuy nhieân ñeå Varicap ñaùp öùng nhanh vôùi VW thì R vaø VR1 khoâng neân choïn lôùn laém vì haèng soá thôøi gian t = (R + VR1) CV
Khi ñieàu taàn duøng Varicap caàn chuù yù nhöõng ñaëc ñieåm sau:
Luoân luoân phaân cöïc ngöôïc cho Varicap ñeå traùnh aûnh höôûng cuûa RV ñeán phaåm chaát cuûa heä dao ñoäng , nghóa laø ñeán ñoä oån ñònh taàn soá cuûa maïch.
Phaûi haïn cheá khu vöïc laøm vieäc trong ñoaïn tuyeán tính cuûa ñaët tuyeán CV = f(VD) ñeå giaûm meùo phi tuyeán. Löôïng di taàn töông ñoái khi ñieàu taàn duøng Varicap ñaït khoaûng 1%.
Duøng Varicap ñeå ñieàu taàn thì kích thöôùc boä ñieàu taàn nhoû vaø coù theå ñieàu taàn ôû taàn soá sieâu cao, khoaûng vaøi traêm MHz.
Tuy nhieân ñoä taïp taùn cuûa baùn daãn lôùn hôn neân keùm oån ñònh.
Ta coù sô ñoà ñieàu taàn duøng Varicap ñaåy keùo (3-12)
Hình 3-12: Ñieàu taàn duøng Varicap ñaåy keùo
C®¥
C®¥
C2
C1
C®¥
R
R2
R1
RE
LKK
C
+VCC
VFM
VR
E
B
LchK
VW
Phaàn töû dao ñoäng
R1, R2, Re taïo thieân aùp töï caáp ñeå luùc ñaàu maïch dao ñoäng ôû cheá ñoä lôùp A (deã dao ñoäng) sau chuyeån veà dao ñoäng ôû lôùp B,C (ñeå coù hieäu suaát cao). Ñaây laø maïch ba ñieåm ñieän dung. Trong ñoù LK cuøng Varicap taïo thaønh maïch coäng höôûng song song, nhöng ôû taàn soá dao ñoäng f0 thì noù phaûi töông ñöông nhö moät ñieän caûm . Caùc tuï thoaùt C ® ¥ ngaén maïch ñoái vôùi tín hieäu cao taàn. Lch cho tín hieäu aâm taàn ñi qua, ngaên tín hieäu cao taàn laïi. R vaø VR ñieàu chænh cho ñieåm phaân cöïc ban ñaàu cuûa Varicap ôû ñieåm giöõa cuûa ñoaïn thaúng ñaëc tuyeán CV = f(VÑ) laø phi tuyeán neân thöïc chaát tín hieäu FM vaãn bò meùo. Ñeå khaéc phuïc, ñoái vôùi nhöõng boä ñieàu cheá yeâu caàu ñoä meùo phi tuyeán nhoû ngöôøi ta maéc boä ñieàu taàn theo sô ñoà ñaåy keùo (hình 3-13)
Hình 3-13: Sô ñoà ñieàu cheá ñaåy keùo duøng varicap ñôn
L’3
L’2
L’1
L’4
L’5
L5
L4
L3
L2
L1
R’1
R’2
Re2
Re1
R2
R1
C’1
C’2
C’3
C’4
C’6
C’5
C5
C6
C4
C3
C2
C1
f = f01 – f02
VW
-Vpc1
+Vpc2
-VEE
Df1= f01 a1 +a2 +… (3.24)
Df2= f02 b1 - +b2 +… (3.25)
VW
VW
VW
VW
Vpc1
Vpc1
Vpc2
Vpc2
2
2
Sô ñoà hình 3.13 goàm hai boä ñoåi taàn ñaåy keùo laøm vieäc ôû hai taàn soá khaùc nhau: f01 vaø f02 vaø ñaàu ra boä ñoåi taàn ta coù taàn soá trung gian: f0 = f01 – f02. Ñieän aùp ñieàu cheá aâm taàn VW ñöôïc ñöa ñoàng pha tôùi hai boä ñieàu cheá, nhöng do Varicap 2 (V2) maéc ngöôïc pha vôùi Varicap 1 (V1) neân khi f01taêng thì f02 giaûm vaø ngöôïc laïi nhö hình 3-14. Ñoä lôïi cuûa hai boä ñieàu taàn coù theå vieát nhö sau:
+ a1, a2, b1, soá phuï thuoäc ñoä doác vaø daïng cuûa ñaëc tuyeán ñieàu cheá.
+ Vpc1, Vpc2: ñieän aùp phaân cöïc ngöôïc ñònh ñieåm laøm vieäc ban ñaàu cho Varicap.
+ VW: ñieän aùp ñieàu cheá.
Daáu (-) trong bieåu thöùc bieåu hieän söï maéc ngöôïc pha cuûa Varicap.
Ñeå buø meùo baäc hai ta phaûi thöïc hieän ñieàu kieän:
Trong thöïc teá ta thöôøng thieát keá Vpc1 = Vpc2
Khi ñoù (3.26) trôû thaønh: f01. a2 = f02.b2 (3.27)
CV2
C’V2
CV20
C’V1
CV10
CV1
0
0
VW
VW
VPC2
VPC1
-
+
Hình 3-14: Ñaëc tuyeán CV = f(VD)
Neáu ta choïn Varicap tröôùc (bieát tröôùc a2, b2) thì ta chæ vieäc choïn f01, f02 thoûa maõn (3.27) ta seõ trieät ñöôïc meùo baäc 2.
Khi chöa ñieàu cheá, sau boä ñoåi taàn ta thu ñöôïc: ftg = f01 – f02. ftg + Df = (f01+Df1) – (f02+Df2). Nghóa laø : Df = Df1 - Df2 maø Df1, Df2 laïi ngöôïc daáu neân ñoä di taàn chung taêng leân (Df taêng). Nhö vaäy duøng ñieàu cheá taàn soá ñaåy keùo ngoaøi vieäc buø ñöôïc meùo haøi baäc 2, coøn laøm taêng ñoä di taàn.
Ñeå buø meùo baäc 3 ngöôøi ta duøng maïng 4 cöïc hieäu chænh C4, L4, R2, C5, L5 vaø C’4, L’4, R’2, C’5, L’5.
Neáu ta choïn f01, f02 cao thì ñoä di taàn töông ñoái seõ thaáp (Df1/f01 vaø Df2/f02) laøm giaûm taát caû caùc thaønh phaàn haøi. Meùo do haøi baäc 2 gaây ra ñöôïc buø phaàn nhö hoaøn toaøn.
Ñeå taêng ñoä di taàn, taêng ñoä oån ñònh taàn soá vaø giaûm meùo phi tuyeán, ôû daûi soùng cöïc ngaén ngöôøi ta söû duïng sô ñoà ñieàu taàn ñaåy keùo duøng Varicap ñaåy keùo nhö hình 3-15.
Hình 3-15: Sô ñoà ñoåi taàn ñaåy keùo duøng Varicap
CCE
C4
C1
C2
C6
C5
C’5
C’6
C’4
C’2
C’3
C’1
L’3
L’2
R’1
+VPC2
L’4
L’5
L’1
L’6
L’7
L’8
C’CE
VW
Tôùi AFC
+VCC
L2
L3
L5
AFC
R’2
R1
-VPC1
L7
R2
L4
L6
L8
L1
+VCC
+ L1, L2, L3, L7, L’1, L’2, L’3, L’7 laø caùc cuoän chaën cho ñieän aùp ñieàu cheá VW qua, khoâng cho ñieän aùp cao taàn Vwo qua.
+ Zaa’ vaø Zbb’ phaûi töông ñöông vôùi ñieän caûm ñeå taïo thaønh maïch dao ñoäng 3 ñieåm C (Clapp) coù ñoä oån ñònh cao.
+ AFC: heä soá töï ñoäng ñieàu chænh taàn soá.
Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa sô ñoà hình 3-15 töông töï sô ñoà hình 3-13, chæ khaùc laø caùc Varicap ñöôïc maéc thaønh töøng caëp ñaåy keùo.
Sau ñoåi taàn ta thu ñöôïc taàn soá trung gian: w0 = w01 - w02
Dw = Dw1 - Dw2 = ±15% w0 vaø meùo phi tuyeán g = 1%.
Ñeå taàn soá trung gian w0 khaù cao thì w01 vaø w02 phaûi raát cao, do ñoù ta caàn coù heä thoáng AFC ñeå töï ñoäng ñieàu chænh taàn w01 vaø w02 ñaûm baûo yeâu caàu veà ñoä oån ñònh ñaõ cho.
2 . Caùc maïch ñieàu pha:
Dao ñoäng thaïch anh
ÑB
1
ÑB
2
Di pha 900
Toång
Hình 3-16: Ñieàu cheá pha theo Amstrong
VW
Ñieàu cheá pha theo Amstrong:
Tín hieäu taûi tin ñöôïc taïo ra töø boä dao ñoäng thaïch anh (ñeå coù ñoä oån ñònh taàn soá cao), ñöôïc ñöa tôùi hai boä ñieàu bieân (ÑB1 vaø ÑB2) leäch pha nhau 900. Coøn tín hieäu ñieàu cheá aâm taàn VW ñöôïc ñöa ñeán hai maïch ñieàu bieân ngöôïc pha. Ñieän aùp ra treân hai boä ñieàu bieân seõ laø:
VAM1 = V01(1 + mcosWt) cosw0t
= V01cosw0t + V01 cos(w0t + W) + cos(w0t - W)t (3.28)
VAM2 = V02(1 + mcosWt) cosw0t
= V02cosw0t + V02 sin(w0t + W) + sin(w0t - W)t (3.29)
m
2
m
2
Ñoà thò vector cuûa VAM vaø VAM2 vaø Vector VS = VPM ñöôïc bieåu dieãn treân hình 3-17
mV01
V01
VAM1
VAM2
mV02
V02
Dj
Dj
VS
VS
VS
0
Hình 3-17: Ñoà thò vector cuûa tín hieäu ñieàu pha Amstrong
Töø ñoà thò ta thaáy raèng toång caùc dao ñoäng ñaõ ñieàu bieân VS = VAM1 + VAM2 laø moät dao ñoäng ñieàu cheá veà pha vaø bieân ñoä. Ñieàu bieân ôû ñaây laø ñieàu bieân kyù sinh. Maïch coù nhöôïc ñieåm laø ñoä di pha nhoû. Ñeå haïn cheá möùc ñieàu bieân kyù sinh, choïn Dj nhoû. Ñeå coù ñieàu bieân kyù sinh nhoû hôn 1% thì Dj £ 0,35. Maëc khaùc sau boä ñieàu pha ta coù theå ñaët boä haïn cheá bieân ñoä ñeå loaïi boû ñieàu bieân kyù sinh.
Do gaây ra ñieàu bieân kyù sinh vaø ñoä di pha nhoû (Dj nhoû) neân phöông phaùp naøy ít ñöôïc söû duïng.
Maïch ñieàu cheá pha duøng maïch loïc:
Hình 3-18: Ñieàu cheá pha duøng maïch loïc
VPM
VW
VCC
Lch
C
C
C
C’
C’
C’
R1
R2
Trong hình 3-18 boä ñieàu cheá pha ñöôïc thöïc hieän bôûi 3 maéc loïc laø ba maïch coäng höôûng dao ñoäng gioáng nhau, ñöôïc ñieàu chænh coäng höôûng bôûi Varicap.
ZK = (3.30)
Trong ñoù: RK = , Q = = , w0 =
RK
2Dw
w0
1+jQ
L
Cr
1
wCr
r
r
LCV
1
Khi VW thay ñoåi, CV thay ñoåi, daãn tôùi taàn soá coäng höôûng f0 thay ñoåi neân trôû khaùng töông ñöông cuûa maïch coäng höôûng thay ñoåi theo:
Dw = w - w0 vaø w0 + w » 2w0
j = arctg (3.30)
- 2QDw
w0
Goùc pha cuûa trôû khaùng töông ñöông ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc:
Roõ raøng khi VW thay ñoåi thì Dw thay ñoåi, do goùc pha j bieán thieân moät löôïng töông öùng. Do ½ZK½cuõng bieán thieân theo Dw neân maïch naøy coù ñieàu bieân kyù sinh. Neáu choïn caùc maïch coäng höôûng loïc LC hôïp lyù (moãi maéc loïc di pha 600), coù theå laøm cho ñaët tuyeán j = f(VW) tuyeán tính hôn, do ñoù ñaït ñöôïc löôïng di pha töông ñoái lôùn Dj = P vaø meùo phi tuyeán nhoû g £ 1%.
Treân hình 3-19. Caùc tuï gheùp C ñeå ngaên ñieän aùp moät chieàu vaø cho ñieän aùp cao taàn ñi qua; Caùc tuï thoaùt C’ ñeå ngaên ñieän aùp moät chieàu vaø ñieän aùp cao taàn, chæ cho ñieän aùp aâm taàn VW ñi qua. Do ñoù C’ >> C. Moät daïng ñieàu cheá pha khaùc:
Hình 3-19: Ñieàu pha baèng maïch di pha hai cöûa
VPM
+Vpc
VW
Vw0
Lch
C’
C2
C
C
R3
R4
R5
R2
V1(CV1)
V1
V2
V2
L2
L1
C2
VW
VPM
Vw0
R6
Trong sô ñoà, R1 laøm giaûm bôùt bieân ñoä ña cao taàn Vwo. R2, R3, R4, R5, R6 ñeå taïo phaân cöïc ngöôïc cho Varicap V1, V2. Ñeå V2 phaân cöïc ngöôïc thì R3 >> R4. Caùc tuï C ngaên ñieän aùp moät chieàu, cho tín hieäu cao taàn qua. C’ ngaên ñieän aùp moät chieàu vaø tín hieäu cao taàn, chæ cho tín hieäu aâm taàn qua neân C’ >> C.
Caùc phaàn töû ñieän khaùng taïo thaønh moät maïng 4 cöïc di pha nhö hình 3.19b. Döôùi taùc duïng cuûa ñieän aùp ñieàu cheá VW thì CV1 vaø CV2 seõ thay ñoåi. Maëc duø söï thay ñoåi cuûa ñieän dung laø nhoû nhöng do bieân ñoä cuûa heä soá truyeàn ñaït thay ñoåi khoâng ñaùng keå neân söï thay ñoåi pha coù theå ñaït tôùi ± 7%.
Trong thöïc teá, caùc maïch ñieàu pha thöôøng ñöôïc duøng keát hôïp vôùi maïch tích phaân ñeå thöïc hieän ñieàu taàn giaùn tieáp. Maïch ñieàu taàn giaùn tieáp so vôùi maïch ñieàu taàn tröïc tieáp thì löôïng di taàn nhoû hôn vì Dj nhoû, nhöng coù ñoä oån ñònh taàn soá trung taâm cao, vì coù theå duøng thaïch anh trong taàng dao ñoäng. Ñeå ñoä di taàn lôùn ta phaûi maéc theâm moät soá taàng Naha nhö hình 3-34.
2. OÅn ñònh taàn soá trung taâm cuûa tín hieäu ñieàu taàn:
Maïch nhaân taàn baäc n
Maïch troän taàn
Maïch nhaân taàn baäc n
Maïch troän taàn
Boä ñieàu taàn giaùn tieáp
Maïch nhaân taàn baäc n-1
Dao ñoäng thaïch anh
nf0 ± n2Df
f0 ± nDf
nf0 ± nDf
f0 ± Df
f0
nf0 ± n2Df
Hình 3-20: sô ñoà khoái duøng maïch nhaân taàn ñeå naâng cao ñoä di taàn
Trong maùy phaùt ñieàu taàn, neáu taàn soá trung taâm khoâng oån ñònh thì noù tröïc tieáp laøm meùo vaø laøm sai leäch tín hieäu ñieàu cheá vì tín hieäu chöùa ñöïng trong ñoä di taàn. vì vaäy chuùng ta phaûi ñöa ra caùc bieän phaùp oån ñònh taàn soá trung taâm f0.
Ñieàu taàn tröïc tieáp baèng thaïch anh:
Cho thaïch anh dao ñoäng ôû taàn soá coäng höôûng rieâng wq = const. Thay ñoåi Cp theo ñieän aùp ñieàu cheá VW , ta seõ taïo ra ñoä di taàn: Vw = wp - wq = Cp/2Cp.
CP
CP
Lq
Rq
Hình 3-21: Sô ñoà töông ñöông cuûa thaïch anh
Thay ñoåi Cp baèng caùch thay ñoåi ñieän dung tieáp giaùp cuûa ñeøn ñieän töû, Transistor hoaëc FET; maéc Varicap hay ñeøn ñieän khaùng song song vôùi thaïch anh. Nhöng do ñoä di taàn töông ñoái nhoû (Dw/w0 £ 0,01) neân ñieàu taàn tröïc tieáp baèng thaïch anh chæ ñöôïc söû duïng trong caùc maùy phaùt thoaïi quoác teá (Df £ 6 KHz).
Söû duïng thaïch anh duøng boä taïo dao ñoäng ñeå w0 = const. Sau ñoù duøng boä ñieàu cheá pha ñeå taïo tín hieäu ñieàu taàn. Khi ñoù ta ñaït ñöôïc ñoä meùo phi tuyeán nhoû (g£1%), nhöng ñoä di taàn vaãn coøn khaù nhoû. Vì vaäy phöông phaùp naøy chæ duøng trong caùc maùy phaùt thoaïi quoác teá coù ñoä di taàn nhoû (Df £ 6KHz) vaø ñoä meùo phi tuyeán nhoû (g £ 1%)
Dao ñoäng thaïch anh
Ñoåi taàn
Khuyeách ñaïi
Ñieàu taàn
VW
f0
f0 + ftg
Hình 3-22: Boä ñieàu taàn coù ftg thaáp
Trong boä ñieàu taàn söû duïng caùc nguoàn cung caáp ñöôïc oån ònh vaø ñöôïc buø nhieät bôûi caùc ñieän trôû hoaëc caùc linh kieän coù heä s61 nhieät aâm (khi nhieät ñoä taêng thì C giaûm, R giaûm). Vì khi ñieän aùp nguoàn cung caáp thay ñoåi, laøm ñieän dung kyù sinh cuûa Transistor thay ñoåi, daãn tôùi laøm taàn soá coäng höôûng trung taâm thay ñoåi theo. Hoaëc khi ñieän aùp phaân cöïc cho Varicap thay ñoåi , laøm ñieän dung CV thay ñoåi. Nhöng phöông phaùp naøy chæ oån ñònh ñöôïc taàn soá trung taâm f0 khi nhieät ñoä thay ñoåi, coøn khi nhieät ñoä gheùp hay ñieän trôû taûi thay ñoåi thì f0 vaãn thay ñoåi.
e = e0 + etg. (3.31)
ftg
f0
Haï thaáp taàn soá trung gian cuûa boä ñieàu taàn ñeå naâng cao ñoä oån ñònh taàn soá (hình 3-22). Khi ñoù ñoä baát oån ñònh taàn soá cuûa tín hieäu seõ laø:
+ f0 , e0 laø taàn soá coäng höôûng rieâng cuûa thaïch anh vaø ñoä baát oån ñònh cuûa noù (e0£10-6)
+ ftg, etg laø taàn soá coäng höôûng cuûa maïch dao ñoäng LC vaø ñoä baát oån ñònh cuûa noù. (etg£10-3).
Neáu ta choïn ftg << f0 thì (ftg/f0 ) << 1 neân e ® e0 nghóa laø maïch seõ coù ñoä oån ñònh taàn soá gaàn baèng ñoä oån ñònh cuûa thaïch anh maø ñoä di taàn vaãn lôùn.
Söû duïng heä thoáng töï ñoäng ñieàu chænh taàn soá (AFG)
Khueách ñaïi
Loïc thoâng thaáp
Taùch soùng taàn soá
Ñoåi taàn
Dao ñoäng thaïch anh
Dao ñoäng LC f0
VTS
ftg
fTA
fra
fra
VÑC
VW
Hình 3-23: ñieàu taàn coù AFC
Ñeå coù ñoä di taàn lôùn ta phaûi duøng boä taïo dao ñoäng baèng LC. Nhöng khi ñoù ñoä maát oån ñònh seõ lôùn (eLC £ 10-3). Vì vaäy ta phaûi duøng heä thoáng AFC ñeå oån ñònh taàn soá trung taâm.
Boä dao ñoäng thaïch anh taïo ra ftg coù ñoä oån ñònh cao (e £ 10-6)
Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Neáu do VCC thay ñoåi hay T0 thay ñoåi laøm cho f0 thay ñoåi daãn tôùi fra thay ñoåi (fra= f0 ± DfSS). Taàn soá ra fra ñöôïc ñöa vaøo boä ñoåi taàn ñeå so saùnh vôùi taàn soá chuaån fTA.
Boä ñoåi taàn duøng ñeå haï thaáp fra ñeå deã taùch soùng.
ÔÛ ñaàu ra boä ñoåi taàn cuõng coù maïch loïc ñeå chæ giöõ laïi thaønh phaàn taàn soá trung gian.
ftg = fa - fTA = f0 ± DfSS - fTA.
Boä taùch soùng ñöôïc ñieàu chænh coäng höôûng taïi:
ftgo = f0 - fTA
Do ñoù:
+ Neáu ftg = ftgo thì VTS = 0, do ñoù VÑC = 0, nghóa laø f0 = const;
VÑC
A
Dfcoøn
Dfñaàu
B
Df
Dfss
VÑS
0
0
VTS
DfÑS
+ Neáu ftg = ftgo ± DfSS thì ôû ñaàu ra boä taùch soùng coù VTS = f(DfSS).
Hình 3-24:
a) Ñaëc tuyeán taùch soùng VTS = f (Dfss).
b) Ñaëc tuyeán ñieàu chænh DfÑC = f (VÑC);
c) Ñaëc tuyeán taùch soùng sau khi ñieàu chænh
Maëc khaùc khi ñieän aùp ñieàu cheá VW thay ñoåi thì fra cuõng thay ñoåi: fra = f0 ± DfW. Neáu ta thieát keá boä loïc thoâng thaáp sao cho chæ cho qua caùc thaønh phaàn taàn soá bieán thieân chaäm: f = 0 ¸ 20 Hz thì VÑC chæ thay ñoåi tyû leä vôùi taàn soá trung taâm
VÑC sau boä loïc thoâng thaáp taùc ñoäng Varicap laøm cho fra thay ñoåi veà ñuùng taàn soá trung taâm f0 (fra ® f0)
Neáu ñem xeáp choàng ñaëc tuyeán (hình 3-24a vaø b) ta thu ñöôïc ñaëc tuyeán sau ñieàu chænh Dfcoøn = f(VÑC). Nghóa laø nhôø heä thoáng AFC maø sai soá ban ñaàu Dfñaàu giaûm xuoáng coøn Dfcoøn:
Heä soá ñieàu chænh cuûa AFC:
KAFC = Dfñaàu / Dfcoøn = 1+ ½STS .SÑC½ (3.32)
STS , SÑC laø ñoä doác cuûa ñaëc tuyeán taùch soùng vaø ñaëc tuyeán ñieàu chænh.
Ñoä baát oån ñònh cuûa sô ñoà naøy laø:
= + DfTS +DfTA
= . + . + . (3.33)
Dfcoøn
fra
1
Dfra
Dfñaàu
kAFC
Dfñaàu
fra
1
Dfra
DfTS
fra
Dftg
fra
DfTA
fTA
DfTA
fra
Trong ñoù:
DfTA / fTA: laø ñoä baát oån ñònh taàn soá cuûa thaïch anh thöôøng raát nhoû (£ 10-6)
DfTS / ftg: laø ñoä baát oån ñònh töông ñoái cuûa boä taùch soùng. Ñeå giaûm nhoû noù ta caàn phaûi oån ñònh caùc tham soá cuûa boä taùch soùng. Maëc khaùc ta choïn ftg << fra ñeå tyû soá ftg / fra giaûm.
Dfñaàu / fra: ñoä baát oån ñònh töông ñoái ban ñaàu cuûa maùy phaùt. (e £ 10-3)
Nhö vaäy ñeå Dfcoøn / fra nhoû thì kAFC phaûi raát lôùn. Trong thöïc teá kAFC £ 100 vì coøn phuï thuoäc haèng soá thôøi gian cuûa maïch loïc thoâng thaáp.
IV. Ví duï minh hoïa
Cho tín hieäu taûi tin coù bieân ñoä 5V, taàn soá 90Mhz vaø moät tín hieäu ñieàu cheá coù bieân ñoä 5V, taàn soá 15Khz. Heä soá tyû leä k = 1Khz/V.
Haõy tìm bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá vaø tín hieäu ñaõ ñieàu cheá
Veõ daïng soùng cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu cheá.
Giaûi:
a) Ta coù: mf = =
Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá:
VW = 5 cos (2p 15*103) t
Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu taàn:
VFM (t) = 5 cos [ (2p*90*106 ) t + 0.3 sin (2p*15*103) t]
Moâ phoûng daïng tín hieäu ñieàu taàn:
fc=90*10^6;fm=15*10^3;
T=1/fc;
t=0:T/20:10*T;
VFM(t)=5*cos(2*pi*fc*t+.3*sin(2*pi*fm*t));
plot(t,VFM(t))
title('DC-FM')
Cho tín hieäu taûi tin coù bieân ñoä 5V, taàn soá 25Khz vaø moät tín hieäu ñieàu cheá coù bieân ñoä 5V, taàn soá 1000Hz. Heä soá tyû leä k = 2.5Hz/V.
a. Haõy tìm bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá vaø tín hieäu ñaõ ñieàu cheá (PM)
b. Veõ daïng soùng cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu cheá (PM).
Giaûi:
a. Ta coù: mp = k*VW = 2.5*5 = 12.5
Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñieàu cheá:
VW (t) = 5 cos (2p*103) t
Bieåu thöùc cuûa tín hieäu ñaõ ñieàu cheá:
VPM (t) = 5 cos [(2p*25*103) t+12.5 cos (2p*103) t]
b. Moâ phoûng daïng tín hieäu ñaõ ñieàu cheá (PM):
fc=25*10^3;fm=10^3;
T=1/fc;
t=0:T/20:10*T;
V=5*cos(2*pi*fc*t+12.5*sin(2*pi*fm*t));
plot(t,V)
title('DC-PM')
CHÖÔNG 3
ÑIEÀU CHEÁ KHOÙA DÒCH PHA BIEÂN ÑOÄ (ASK)
I. Ñieàu cheá khoùa dòch pha bieân ñoä (ask):
Hình 1-1 minh hoïa quaù trình ñieàu cheá bieân ñoä moät soùng mang vôùi tín hieäu nhò phaân 10101101. Neáu nguoàn soá coù M traïng thaùi hoaëc möùc, vaø moãi moät möùc ñaïi dieän cho moät chu kì T, thì daïng soùng ñaõ ñieàu cheá töông öùng vôùi traïng thaùi thöù I laø Si(t) ñoái vôùi dieàu bieân xung (PAM) hoaëc theo kieåu khoùa dòch pha bieân ñoä (ASK) seõ laø:
1 0 1 1 0
Hình 1-1: Ñieàu cheá soá ASK vôùi tín hieäu nhò phaân 10110
Si(t) = Di(t)Aocosvot (1.1)
Di(t) laø möùc thöù I cuûa daïng soùng nhieàu möùc coù ñoä roäng T. Giaû söû soá möùc giôùi haïn laø 2, nhö laø tín hieäu soá nhò phaân vaø nhö vaäy taàn soá soùng mang töông quan ñeán ñoä roäng T cuûa daïng soùng vuoâng nhò phaân sau:
vg = 2np/T (1.2)
Daãn tôùi maät ñoä phoå coâng suaát (psd) coù bieåu thöùc:
Chuù yù raèng neáu söû duïng moät boä loïc töông öùng, trong ñoù fo = 0, thì noùi chung phoå ra seõ khoâng coù baát kì moät söï suy hao naøo, seõ laø:
A2
16
P(t)-
-2/T -1/T 0 1/T 2/T
f0-2rb f0 – rb rb f0 + rb f0 + 2rb
Hình 1-2: Maät ñoä phoå coâng suaát cuûa tín hieäu ASK nhò phaân
Phoå ñoái vôùi bieåu thöùc 1.3 vaø 1.4 coù hai phaàn. Phaàn thöù nhaát goàm caùc haøm delta Dirac bao haøm caùc thaønh phaàn phoå giaùn ñoaïn caùch nhau nhöõng khoaûng taàn soá 1/T. Nhöõng thaønh phaàn taàn soá giaùn ñoaïn naøy bieán maát neáu nhö chuoãi nhò phaân coù giaù trò trung bình baèng khoâng, hoaëc moät tín hieäu M möùc khi moãi möùc M haàu nhö baèng nhau. Ñieàu ñoù cho pheùp tín hieäu phoå cuûa tín hieäu ñieàu cheá soá ñöôïc choïn trong khi thieát keá heä thoáng baèng caùch choïn thích hôïp chuoãi tín hieäu ñöôïc truyeàn ñi. Phaàn thöù hai laø phoå lieân tuïc maø daïng cuûa noù chæ phuï thuoäc vaøo ñaëc tính phoå cuûa xung tín hieäu. Ñoái vôùi tröôøng hôïp ñôn giaûn digit nhò phaân ñöôïc bieåu thò trong phöông trình 1.3, xung cuûa thaønh phaàn phoå giaùn ñoaïn chæ toàn taïi ôû taàn soá soùng mang do caùc ñieåm khoâng cuûa phoå caùch nhau nhöõng khoaûng taàn soá 1/T.
Phoå veõ treân hình 1-2 chöùa 95% coâng suaát cuûa noù trong ñoä roäng baêng 3/T hoaëc 3X (toác ñoä bit). Ñoä roäng baêng coù theå giaûm baèng caùch duøng xung cosin taêng. Keát quaû laø caùc ñieåm khoâng cuûa phoå xuaát hieän ôû nhöõng khoaûng fo 6 n/T, ôû ñaây n = 1, 2, … Do ñoù taát caû caùc thaønh phaàn phoå giaùn ñoaïn bò bieán maát, tröø khi f = fo vaø f = fo6 1/T. Phoå cuûa xung cosin taêng coù buùp chính roäng hôn laøm cho ñoä roäng baêng ASK baèng xaáp xæ 2/T. Vieäc thu tín hieäu ASK ñaõ phaùt ñi coù theå ñaït ñöôïc baèng hai caùch. Caùch thöù nhaát laø daûi ñieàu cheá keát hôïp duøng caùc maïch phöùc hôïp ñeå duy trì keát hôïp pha giöõa soùng mang phaùt vaø soùng mang noäi. Caùch thöù hai laø quaù trình daûi ñieàu cheá hình bao khoâng keát hôïp. Trong khi baøn veà nhöõng phöông phaùp naøy, xaùc suaát loãi seõ neâu cho trong töøng tröôøng hôïp.
II. Ask keát hôïp:
Vôùi taùch soùng keát hôïp, maùy thu ñöôïc ñoàng boä vôùi maùy phaùt. Ñieàu ñoù coù nghóa laø ñoä treã phaûi ñöôïc maùy thu nhaän bieát. Söï ñoàng boä laáy töø thôøi gian ño ñöôïc thieát laäp trong tín hieäu thu vaø thöôøng chính xaùc ñeán 6 5% cuûa chu kì bit T. Theâm vaøo thôøi gian treã t, pha soùng mang f = vot cuõng phaûi ñöôïc xeùt ñeán khi xöû lí tín hieäu thu. Vì ñoä treã t bieán thieân theo taàn soá soùng mang cuûa maùy phaùt, öôùc tính 5% T vaø nhöõng bieán ñoåi trong thôøi gian truyeàn soùng ñoái vôùi soùng mang ñeán maùy thu laø giaù trò khoâng theå xaùc ñònh ñöôïc ñoái vôùi baát kì tröôøng hôïp nhaát ñònh naøo. Ñoái vôùi nhöõng heä thoáng taùch soùng keát hôïp thöïc teá, pha soùng mang moät löôïng öôùc tính ôû nhöõng nôi caùc daïng song tín hieäu M khaû naêng coù theå phaùt ñi, thì boä daûi ñieàu cheá phaûi quyeát ñònh xem khaû naêng naøo thöïc teá ñöôïc phaùt ñi. Vì taïp aâm coäng vaøo vôùi tín hieäu, neân coù xaùc suaát voâ ñònh, coù theå traïng thaùi tín hieäu thöù i bò nhaàm sang caùc traïng thaùi beân caïnh gaàn nhaát. Xaùc suaát cuûa loãi ñöôïc xaùc ñònh laø cöïc tieåu neáu nhö boä daûi ñieàu cheá löïa choïn tín hieäu thu ñöôïc coù xaùc suaát lôùn nhaát cuûa tín hieäu Si vaø xöû lí nhö laø tín hieäu ñaõ ñöôïc phaùt ñi. Chieán löôïc quyeát ñònh naøy goïi laø “tieâu chuaån cöïc ñaïi hoùa haäu xaùc suaát” (MAP) vaø ñaõ chöùng toû laø toái öu ñoái vôùi taïp aâm Gaussian” trung bình – khoâng” vaø caùc traïng thaùi coù khaû naêng nhö nhau. Coù hai loaïi daûi ñieàu cheá toái öu.
sign
sign
sign
sign
Abs
Abs
Abs
Abs
Choïn bieân ñoä tuyeät ñoái cöïc ñaïi vaø kyù hieäu thích öùng
f1
f2
f3
f4
Tích phaân
Tích phaân
Tích phaân
Tích phaân
C1
C2
C3
C4
±1
a)
»
»
»
Ma traän quyeát ñònh
S(t)
Quyeát ñònh
b)
Hình 1.3 caùc boä ñieàu cheá toái öu. a) töông quan cheùo, b) loïc phoái hôïp
Loaïi thöù nhaát laø loaïi töông quan – cheùo vaø loaïi thöù hai laø loaïi loïc phoái hôïp. Hình 1-3 minh hoïa loaïi ñieàu cheá naøy.
Vôùi moät tín hieäu ASK nhò phaân, maùy thu treân hình 1-4 coù theå duøng ñeå taùch soùng keát hôïp. Maïch thích hôïp laø boä daûi ñieàu cheá loïc – coù tín hieäu ñaàu vaøo thu ñöôïc Si(t) cuøng vôùi taïp aâm traéng n(t) ñaõ theâm vaøo trong quaù trình truyeàn daãn. Maùy thu sau khi loïc boû taïp aâm vaø haïn cheá giöõ laïi tín hieäu theo ñoä roäng tín hieäu baêng yeâu caàu (2/T ñeán 3/T), sau ñoù nhaân vôùi tín hieäu noäi Accoswot. Boä dao ñoäng noäi coù theå ñöôïc bieåu thò baèng hieäu soá cuûa traïng thaùi daïng soùng tín hieäu S1(t) –S0(t) ñöôïc ñoàng boä moät caùch can than vôùi taàn soá vaø pha cuûa soùng mang thu ñöôïc. Tín hieäu San phaåm naøy sau ñoù ñöôïc toå hôïp nhôø maïch “toå hôïp vaø gom laïi”. Söû duïng maïch naøy vì moät boä tích phaân hoaøn haûo khoù coù theå xaûy ra ñöôïc. Ñaàu ra cuûa maïch toå hôïp ñöôïc so vôùi ngöôõng ñaët ôû giöõa trò soá u1 vaøo u0, laø nhöõng möùc ñi vaøo maïch quyeát ñònh vôùi ñaàu vaøo “1” hoaëc “0”. Ñoái vôùi tröôøng hôïp khi S1(t) thu ñöôïc khoâng coù taïp aâm, boä toå hôïp tính toaùn vaø ñöa qua boä taùch soùng quyeát ñònh.
S
S(t)
n(t)
+
+
R
S(t) – S0(t) = ACcosw0t
Hình 1-4: Boä daûi ñieàu cheá keát hôïp nhò phaân ASK
Trò soá cuûa u1:
Vaø khi S0(t) ñaõ thu ñöôïc:
Neáu u1 > u0 töùc laø möùc vaøo lôùn hôn möùc ngöôõng thì boä taùch soùng seõ xaùc ñònh laø s1(t) laø tín hieäu ñöôïc phaùt ñi. Töông töï neáu möùc vaøo nhoû hôn möùc ngöôõng, quyeát ñònh So(t) ñöôïc phaùt ñi.
Hai daïng soùng tín hieäu nhò phaân ASK coù theå ñöôïc bieåu thò:
(1.6)
S1(t) = A1cosv0t
So(t) = A0cosv0t
Phaân bieät nhöõng soùng naøy ôû ñaàu ra cuûa boä tích phaân, xaùc ñònh ñoä cheânh leäch D veà möùc cuõng nhö xaùc ñònh ñoä cheânh leäch caùc möùc löôïng töû.
Nhö vaäy:
Trò soá u1vöôït quaù ngöôõng D/2 vaø uo naèm döôùi ngöôõng D/2.Thay bieåu thöùc 1.6 vaøo bieåu thöùc 1.7 coù theå tìm ñöôïc trò soá D ñoái bôûi tín hieäu ASK:
D = (A1 – Ao)2 cos2vot = (A1 – Ao)2.(T/2)
= Ac2.T/2 trong tröôøng hôïp khoâng coù toån hao bieân ñoä (1.8)
Nhö vaäy vieäc ñaët ngöôõng taùch soùng toái öu laø:
(Ngöôõng)opt = (u1 + u0) / 2 = = D / 2 (1.9)
Vì tín hieäu s1(t) coù ôû ñaàu vaøo maùy thu trung bình, coâng suaát tín hieäu thu trung bình:
Sav = Ac2/4 (1.10)
xaùc suaát loãi Pe:
Khi taïp aâm gaussian cuûa phöông sai s2 ñöôïc ñöa vaøo maïch quyeát ñònh , moät möùc sai coù theå ñöôïc taùch ra .phöông trình 1.* cho ta xaùc suaát nhö sau:
Neân:
Trong ñoù n laø coâng suaát taïp aâm.
Giaû söû caùc digit coù xaùc suaát nhö nhau ta coù phöông trình:
Trong ñoù s2 laø phöông sai cuûa phaân boá coâng suaát taïp aâm.
Ñieàu naøy phaûi lieân heä ñeán ngöôõng taùch soùng toái öu ñeå bieåu thò xaùc suaát loãi döôùi daïng tæ soá cuûa soùng mang vaøo chöa ñieàu cheá treân taïp aâm C/N. Coâng suaát taïp aâm coù maët ôû ñaàu vaøo cuûa maùy thu caøng bieåu thò thích hôïp hôn nhö coâng suaát treân taàn soá ñôn vò seõ ñaûm baûo duø cho coù boä loïc toàn taïi maät ñoä phoå taïp aâm ñi qua chuùng cuõng khoâng taùc duïng. Taïp aâm ñöôïc xem nhö nhau trong toaøn daûi phoå, maät ñoä phoå song bieân laø giaù trò khoâng ñoåi trong toaøn baêng nhö vaäy coâng suaát taïp aâm ñi qua boä loïc lyù töôûng vôùi taêng ích baèng 1vaø ñoä roäng song bieân laø 2B=W. ñieàu naøy cuõng töông ñöông vôùi ñoä roäng baêng ñôn bieân B ñöôïc nhaân leân vôùi maät ñoä phoå taïp aâm
Ñeå thöïc hieän so saùnh vôùi caùc ñieàu cheá khaùc coâng suaát naøy ñöôïc nhaân ñoâi vôùi caùc ñöôøng cong hình 1.5 vaø phöông trình 1.17a
Taïp aâm ñi vaøo maïch quyeát ñònh nhö trong hình 6.4, laáy töø:
vì taïp aâm naøy coù bình quaân khoâng, neân phöông sai ñöôïc laáy ra töø:
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Tín hieäu vuoâng
2
10-2
2
3
10-3
3
2
4
10-4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
5
6
6
5
5
Xaùc suaát loãi kyù hieäu
Hình 1-5: Ñöôøng bieåu dieãn Pe cuûa caùc sô ñoà ñieàu cheá khaùc nhau
Nhö vaäy:
Töø (1.12) vaø (1.14) ta coù :
Pe=1/2erfc[(D/2h)1/2 (1.15)
Giaû söû coâng suaát soùng mang chöa ñieàu cheá laø Ac2/2 vaø nhö phaân tích ngaén goïn ôû treân, suy ra laø taïp aâm gaussian coäng theâm vaøo tín hieäu ñaõ ñieàu cheá seõ naèm trong moät ñoä roäng baêng baèng ñoä roäng baêng Nyquist song bieân, laø:
Töø ñoù vieäc bieåu dieãn xaùc suaát loãi cuûa moät tín hieäu ASK nhaèm muïc ñích so saùnh:
PeASK nhò phaân (1.17a)
Phöông trình naøy ñöôïc veõ treân hình 1.5, ñoái vôùi ñoä roäng baêng taïp aâm w, toác ñoä bit rb xaùc suaát thöïc khi duøng nöõa coâng suaát soùng mang cho trong phöông trình 1.10 laø:
PeASK nhò phaân (1.17b)
III. ASK KHOÂNG KEÁT HÔÏP:
Xeùt sô ñoà khoái cuûa moät boä ñieàu cheá khoâng keát hôïp ASK ôû hình 1.6 heä thoáng taùch soùng goàm moät boä loïc baêng thoâng phoái hôïp vôùi daïng soùng vaøo nhò phaân ASK nhö treân hình 1-1 theo sau laø moät boä taùch soùng hình bao vaø moät boä taùch ngöôõng (chuyeån ñoåi A/D)..giaû söû boä loïc baêng baèng 2 laàn toác ñoä bit ,laø 2/T, vaø taàn soá trung taâm laø w0 thì daïng soùng nhò phaân vaøo ASK khoâng bò meùo quaù möùc coâng suaát taïp aâm ôû ñaàu ra cuûa boä loïc laø:
n(t)=s2=Bh =2h/T (1.18)
tính xaùc suaát loãi goàm 2pdfs. Khi moät zero ASK ñöôïc phaùt ñi, hình bao seõ ñaït ñöôïc ôû ñaàu ra cuûa boä taùch soùng hình bao coù pdf (f0) Rayleigh cho trong phöông trình laø:
f0=(x/s2)exp(-x2/2s2), x>0 ( 1.19)
pdf thöù hai laø Rice pdf(f1) khi coù moät nhò phaân 1 ASK ñöôïc phaùt ñi, vaø ñöôïc bieåu thò:
f1=(x/s2)I0(xAc/s2)exp[-(x2+Ac2)], x>0 (1.20)
S
Taùch
Taùch soùng ngöôõng
Taùch soùng hình bao
n(t)
S(t)
ra
Hình 1-6: sô ñoà khoái cuûa boä daûi ñieàu cheá khoâng keát hôïp ASK
trong ñoù Io=Io(u) laø haøm bessel caûi eán cuûa loaïi thöù nhaát vaø caáp zero xaùc ñònh:
Hình 1-7 minh hoïa hai loaïi pdf vaø trò soá cuûa x sinh ra taïp aâm thaáp nhaát ôû ñaàu ra taùch soùng hình bao vaø do ñoù xaùc suaát thaáp nhaát cuûa loãi xaùc suaát cöïc tieåu cuûa loãi xuaát hieän khi :
Xmin=(Ac/2)[1+8s2/Ac2]1/2 (1.22)
Xaùc suaát loãi cho trong bieåu thöùc :
Pe(ASK khoâng keát hôïp) >(1/2)[1+(1/sAc)(2/p)1/2]exp(-Ac2/8s2)
>(1/2) exp(-Ac2/8s2) neáu Ac>>s (taïp aâm song bieân)
Cuõng coù theå tìm ñöôïc giôùi haïn ñöôøng bieân thaáp hôn, vaø do ñoù Pe ñoái vôùi tröôøng hôïp taïp aâm song bieân cho trong bieåu thöùc
neáu Ac>>s
Bieåu thöùc 1-23 ñöôïc bieåu dieãn trong hình 1.5 ñoái vôùi ñoä roäng baêng taïp aâm daûi ñieàu cheá w baèng toác ñoä bit rb. VÌ soùng mang môû vaø ñoùng theo daïng soùng nhò phaân, neân loaïi ñieàu cheá naøy ñöôïc hieåu laø khoùa taéc – môû (OOK), hoaëc soùng , mang ñöôïc môû, hoaëc ñoùng hoaøn toaøn. Nhö ñaõ moâ taû trong muïc 1.3, neáu tín hieäu nhò phaân hai cöïc sinh ra moät söï ñaûo veà bieân ñoä soùng mang sao cho nhò phaân 1 taïo ra ñöôïc moät soùng mang vôùi bieân ñoä + Ac vaø nhò phaân khoâng taïo moät soùng mang vôùi bieân ñoä – Ac. Keát quaû seõ coù moät loaïi ñieàu cheá khaùc quan troïng nhö ñaõ bieát laø khoùa dòch pha (PSK). (Ñöôïc moâ phoûng ôû trang moâ phoûng – ASK)
Rayleigh
Rice
AC
2
Xmin
AC
X
0
Hình 1-7: Rayleigh vaø Rice pdfs ñoái vôùi taïp aâm daûi ñieàu cheá ASK khoâng keát hôïp vaø hình bao coäng vôùi taïp aâm
Ta coù theå thaáy treân hình 1-5 laø phöông phaùp taùch soùng ASK keát hôïp vaø khoâng keát hôïp taïo ra moät keát quaû nhö nhau söï khaùc nhau veà hai trò soá C/N nhoû hôn 1,5 dB khi Pe gaàn baèng 10-3. Vaø seõ caûi thieän 0,5 dB ôû nhöõng giaù trò nhoû nhaát cuûa Pe.
Phöông phaùp taùch soùng khoâng keát hôïp hay taùch soùng hình bao yeâu caàu moät tyû soá C/N cao hôn ñoái vôùi cuøng tyû leä loãi bit nhö loaïi ASK keát hôïp, khoâng phaûi laø phöông phaùp ñieàu cheá duøng roäng raõi, vì nhö phöông trình 1-10 chæ ra coâng suaát trung bình cuûa tín hieäu ñieàu cheá bò giaûm. Khi ASK keát hôïp so saùnh vôùi khoùa dòch pha vaø taàn soá vaán ñeà trôû neân roõ raøng hôn vì nhöõng kyõ thuaät ñieàu cheá naøy söû duïng hoaøn toaøn ñaày ñuû soùng mang. Xeùt theâm veà coâng suaát xaùc suaát loãi keùm hôn khoaûng 3 caáp so vôùi moät heä thoáng baêng goác ñöôïc thieát keá caån thaän. Söï loïc khoâng hoaøn haûo, Ñoàng boä keùm vaø nhöõng chi phí coäng theâm, nhöõng khoù khaên keát hôïp cuøng vôùi vieäc taïo neân boä loïc baêng thoâng phoái hôïp, taát caû nhöõng caùi ñoù daãn ñeán saûn phaûm ra khoâng toát khi so saùnh vôùi nhöõng heä thoáng ñieàu cheá khaùc.
IV. ASK M traïng thaùi (M – ary):
Vì nhöõng lyù do noùi treân, caùc heä thoáng ASK M traïng thaùi ñieàu khoâng thoâng duïng vaø ít khi tìm thaáy trong danh muïc cuûa caùc haõng cheá taïo. Xaùc suaát loãi P cuûa caùc heä naøy döïa treân caùc loãi kyù hieäu vaø khoâng phaûi loãi bit. Vì moãi kyù hieäu goàm coù log2M bit, tyû soá loãi bit naèm giöõa vaø Pe, moái töông quan tuøy thuoäc vaøo loaïi maõ ñaõ söû duïng. Cuõng vaäy, do toác ñoä bit cao hôn nhöõng heä thoáng M traïng thaùi, ñeå nhaèm muïc ñích so saùnh, ñoä roäng baêng phaûi haï tyû leä xuoáng, vaø caû tyû soá soùng mang treân taïp aâm vaø Pe cuõng ñieàu haï tyû leä xuoáng vôùi cuøng moät löôïng.
Ñoái vôùi tröôøng hôïp “keát hôïp”:
Trong ñoù M laø heä soá meùo cuûa bieân ñoä soùng mang maø tín hieäu soá ñaõ maõ vaøo ñoù. Vôùi tín hieäu nhò phaân M = 2 vaø phöông trình (1.24) ruùt ngaén laïi nhö (1.17a). Trong (1.24) laø tyû soá giöõa soùng mang chöa ñieàu cheá vôùi taïp aâm coù ñoä roäng baêng Nyquyts song bieân vaø khoâng phaûi laø moät trò soá logarit. Neáu cho theo trò soá logarit caàn phaûi söû duïng bieåu thöùc:
ñeå chuyeån thaønh moät tyû soá.
Nhö ñaõ noùi ôû tröôùc, trong hình 1.5, coâng suaát taïp aâm song bieân ñöôïc söû duïng vì kì voïng raèng soùng mang seõ naèm ôû giöõa baêng cuûa boä loïc thoâng baêng thu, vaø coù ñoä roäng baêng baèng hai laàn baêng tín hieäu tin töùc, ñoù laø:
Ñoái vôùi tröôøng hôïp khoâng keát hôïp:
P e ASK khoâng keát hôïp
Pe ASK khoâng keát hôïp >
Vôùi Ac >>s (1.25)
Trôû laïi vôùi tröôøng hôïp nhò phaân ôû ñoù M = 2, phöông trình 1.25 ruùt ngaén nhö ôû phöông trình 1.23.
V. Ví duï minh hoïa
1.Cho moät chuoãi bit nhò phaân vôùi 5 bit ñaàu tieân b = [ 10010 ]. Döõ lieäu bit nhò phaân coù toác ñoä bit baèng 1Kbps vaø bieân ñoä ñænh - ñænh cuûa daïng soùng ñieàu cheá laø 1V.
Moâ phoûng daïng tín hieäu ASK vôùi 500 maãu ñaàu tieân ñaïi dieän cho chuoãi nhò phaân b vôùi taàn soá soùng mang laø 8Khz. Bieát tín hieäu phaùt sinh töø chuoãi nhò phaân b laø: Unipolar_nrz
Moâ phoûng maät ñoä phoå coâng suaát cuûa tín hieäu ñieàu cheá ,bieát phaïm vi taàn soá ñieàu cheá laø[ 0,20Khz].
Giaûi:
a. Moâ phoûng daïng tín hieäu ASK:
start
b=[1 0 0 1 0 binary(5)];
x=wave_gen(b,'unipolar_nrz');
xa=mixer(x,osc(8000));
t=[1:500];
subplot(211),waveplot(x(t))
subplot(212),waveplot(xa(t))
Moâ phoûng maät ñoä phoå coâng suaát cuûa tín hieäu
start
b=[1 0 0 1 0 binary(5)];
x=wave_gen(b,'unipolar_nrz');
xa=mixer(x,osc(8000));
f=[0,20000];
subplot(211),psd(x,f)
subplot(212),psd(xa,f)
2. Cho moät chuoãi bit nhò phaân vôùi 5 bit ñaàu tieân b = [ 11010 ]. Döõ lieäu bit nhò phaân coù toác ñoä bit baèng 1Kbps vaø bieân ñoä ñænh - ñænh cuûa daïng soùng ñieàu cheá laø 1V.
Moâ phoûng daïng tín hieäu ASK vôùi 300 maãu ñaàu tieân ñaïi dieän cho chuoãi nhò phaân b vôùi taàn soá soùng mang laø 5Khz. Bieát tín hieäu phaùt sinh töø chuoãi nhò phaân b laø: Manchester.
Moâ phoûng maät ñoä phoå coâng suaát cuûa tín hieäu ñieàu cheá ,bieát phaïm vi taàn soá ñieàu cheá laø[ 0, 10Khz].
Giaûi:
a. Moâ phoûng daïng tín hieäu ASK:
start
b=[1 1 0 1 0 binary(5)];
x=wave_gen(b,'manchester');
xa=mixer(x,osc(5000));
t=[1:300];
subplot(211),waveplot(x(t))
subplot(212),waveplot(xa(t))
b. Moâ phoûng maät ñoä phoå coâng suaát cuûa tín hieäu
b=[1 1 0 1 0 binary(5)];
x=wave_gen(b,'manchester');
xa=mixer(x,osc(5000));
f=[0,10000];
subplot(211),psd(x,f)
subplot(212),psd(xa,f)
3. Cho moät chuoãi bit nhò phaân vôùi 5 bit ñaàu tieân b = [ 10111]. Döõ lieäu bit nhò phaân coù toác ñoä bit baèng 1Kbps vaø bieân ñoä ñænh - ñænh cuûa daïng soùng ñieàu cheá laø 1V.
Moâ phoûng daïng tín hieäu ASK vôùi 200 maãu ñaàu tieân ñaïi dieän cho chuoãi nhò phaân b vôùi taàn soá soùng mang laø 7Khz. Bieát tín hieäu phaùt sinh töø chuoãi nhò phaân b laø: Manchester.
Moâ phoûng maät ñoä phoå coâng suaát cuûa tín hieäu ñieàu cheá ,bieát phaïm vi taàn soá ñieàu cheá laø[ 0, 10Khz].
Giaûi:
a. Moâ phoûng daïng tín hieäu ASK:
start
b=[1 0 1 1 1 binary(5)];
x=wave_gen(b,'duobinary');
xa=mixer(x,osc(7000));
t=[1:200];
subplot(211),waveplot(x(t))
subplot(212),waveplot(xa(t))
b. Moâ phoûng maät ñoä phoå coâng suaát cuûa tín hieäu
start
b=[1 0 1 1 1 binary(5)];
x=wave_gen(b,'duobinary');
xa=mixer(x,osc(7000));
f=[0,15000];
subplot(211),psd(x,f)
subplot(212),psd(xa,f)
CHÖÔNG 4
ÑIEÀU CHEÁ KHOÙA DÒCH TAÀN FSK
Ñieàu cheá khoùa dòch taàn soá (FSK).
Ta seõ thaûo luaän hoaøn chænh caùc daïng ñieàu cheá cô baûn, tröôùc khi xeùt toå hôïp ASK vaø PSK vaø nhöõng sô ñoà ñieàu cheá ñaëc bieät hieän nay.
FSK coù theå xem nhö tín hieäu tröïc giao. Caùc sô ñoà tín hieäu chuû yeáu ñeàu ñöôïc söû duïng cho truyeàn soá lieäu soá toác ñoä thaáp, lyù do ñeå duøng roäng raõi caùc Modem soá lieäu laø töông ñoái deã daøng taïo tín hieäu vaø duøng giaûi ñieàu cheá khoâng keát hôïp. Nhöng caùc sô ñoà FSK khoâng coù hieäu quaû nhö sô ñoà PSK veà maët coâng suaát vaø ñoä roäng baêng söû duïng. Nhö teân goïi, tin töùc soá ñöôïc truyeàn ñi moät caùch ñôn giaûn baèng caùch dòch taàn soá soùng mang moät löôïng nhaát ñònh töông öùng vôùi möùc nhò phaân 1 vaø 0. Hình 3-1. veõ quaù trình ñieàu taàn moät soùng mang vôùi tín hieäu nhò phaân 10101101. Trong FSK hai traïng thaùi, hai daïng tín hieäu coù theå ñöôïc bieåu thò bôûi:
S1(t) = A cos(w0 + wd)t
S0(t) = A cos(w0 - wd)t (3.1)
Gioáng nhö daïng soùng PSK, bieân ñoä soùng mang A giöõ khoâng ñoåi coøn taàn soá bò dòch ñi giöõa caùc giaù trò w0 + wd vaø w0 - wd. Trong khi xeùt ñaëc tính phoå cuûa FSK, phaân bieät hai tröôøng hôïp xuaát phaùt töø haønh vi cuûa goùc pha l trong bieåu thöùc cuûa tín hieäu S1(t) vaøo maùy thu:
Trong ñoù ak laø heä soá ñoái troïng soá ñoái vôùi khoaûng thöù k vaø laø caùc bieán soá ngaãu nhieân giaùn ñoaïn. Neáu giaû söû nhö l laø ngaãu nhieân vaø phaân boá ñoàng ñeàu trong 2p, thì khoâng coù quan heä vôùi ñieàu cheá vaø coù theå ôû nhöõng chuyeån tieáp th laáy baát kyø moät giaù trò ngaãu nhieân naøo.
1 0 1 1 0
1 0 1 1 0
Hình3-1:
FSK pha lieân tuïc (CPFSK)
FSK pha khoâng lieân tuïc (NCFSK)
a)
b)
Ñieàu ñoù daãn ñeán khaû naêng pha khoâng lieân tuïc nhö treân hình 6.17b, vaø ñieàu cheá ñöôïc hieåu laø FSK-pha khoâng lieân tuïc. FSK-pha lieân tuïc coù theå ñaït ñöôïc baèng caùch baét l phaûi coù moät töông quan nhaát ñònh vôùi tín hieäu ñieàu cheá. Truyeàn daãn soá lieäu nhò phaân coù ñoä oån ñònh cao vaø nhieãu giöõa caùc kyù hieäu khoâng ñaùng keå laø moät ñieàu khoù ñaït ñöôïc trong heä thoáng FM hai traïng thaùi pha lieân tuïc. Lyù do laø FSK hai traïng thaùi yeâu caàu voán coù hai taàn soá phaûi bieåu thò hai traïng thaùi nhò phaân, vaø ñeå xaây döïng moät heä thoáng pha lieân tuïc söû duïng hai boä dao ñoäng rieâng bieät, yeâu caàu veà maïch raát phöùc taïp. Phöông aùn choïn laø FM khoùa chæ duøng moät boä dao ñoäng ñieàu khieån baèng ñieän aùp. Trong khi moät heä thoáng vôùi pha lieân tuïc ôû nhöõng ñieåm chuyeån tieáp bit, ñoä chính xaùc taàn soá töông ñoái thaáp vaø toác ñoä bit seõ khoâng bò khoùa ôû moät trong hai taàn soá ñaïi dieän cho caùc traïng thaùi logit 1 vaø 0. Moät heä thoáng FM hai traïng thaùi lyù töôûng ñaõ ñöôïc coâng nhaän, trong ñoù söï cheânh leänh giöõa caùc taàng soá 1 vaø 0, töùc laø ñoä di taàn ñænh – ñænh laø 2fd, baèng toác ñoä bit rb, töùc 2fd=rb. Hôn nöõa caùc taàn soá 1 vaø 0 ñaõ ñöôïc khoùa theo toác ñoä bit. Moät heä thoáng ñaõ ñöôïc coâng nhaän, trong ñoù chæ moät nguoàn taàn soá ñieàu khieån heä thoáng vaø cung caáp cho ra caùc tín hieäu 1 vaø 0 theo toác ñoä bit. Bieåu thò phoå FSK goàm moät chuoãi (Serie) baèng daïng ñoà thò toát hôn laø toaùn hoïc.
FSK keát hôïp (CFSK).
Taùch soùng töông quan FSK ñaït ñöôïc baèng caùch duøng boä giaûi maõ ñieàu cheá toái öu coù haøm töông quan – cheùo, minh hoïa cho hình 1.3-loaïi taùch soùng naøy ít duøng trong thöïc teá, do khoù khoâng veà lieân keát vôùi caùc taàn soá reõ ôû maùy thu gioáng nhö ôû maùy phaùt. Khoaûng caùch bieät taàn soá toái thieåu hay ñoä di taàn ñænh – ñænh cöïc tieåu: 2Fd, khi tröïc giao (töông quan – cheùo = 0) vôùi taùch soùng keát hôïp laø 2F d = rb/2.
Xaùc suaát loãi cuûa CFSK hai traïng thaùi.
Bieåu thöùc xaùc suaát loãi Pe:
PeFSK = ½ erfc [(1/2) (W/rb) (C/N)]1/2 (3.3)
Hình 3-12 laø ñoà thò cuûa phöông trình vôùi ñoä roäng taïp aâm song bieân.
So saùnh xaùc suaát loãi cuûa FSK theo phöông trình 3.3 vôùi PSK trong phöông trình 2.7 ta thaáy xaùc suaát loãi baèng nhau neáu nhö coâng suaát soùng mang cuûa FSK taêng theâm 3dB. Vôùi FSK keát hôïp, 99% ñoä roäng baêng yeâu caàu tuaân theo quy luaät “Carlson”, töùc laø baèng hai laàn ñoä di taàn ñænh – ñænh coäng vôùi hai laàn taàn soá ñieàu cheá cao nhaát. Neáu taàn soá ñieàu cheá cao nhaát tính töø 0 (töø DC), coù theå xem baèng moät nöûa ñoä roäng baêng trung taàn W. Ñoä di taàn ñænh – ñænh chia heát cho taàn soá ñieàu cheá cao nhaát ñöôïc ñònh nghóa laø chæ soá ñieàu cheá m, vaø coù theå xem nhö laø ñoä di taàn ñænh – ñænh chia heát cho ñoä roäng baêng W; 99% ñoä roäng baêng truyeàn daãn laø 2(1+m)W.
Baûng 1-2 döôùi ñaây neâu leân caùc chæ soá ñieàu cheá m öùng vôùi caùc chæ soá 99% ñoä roäng baêng truyeàn daãn coù toác ñoä bit tieâu chuaån hoùa r b, vôùi caùc boä loïc coù ñaëc tuyeán doác.
Baûng 1-2: Ñoä roäng baêng FSK 99% öùng vôùi caùc chæ soá ñieàu cheá khaùc nhau
Chæ soá ñieàu cheá m
Ñoä roäng baêng rb
0,2
0,78
0,3
1,00
0,4
1,10
0,5
1,17
0,6
1,25
0,7
1,80
0,8
1,94
0,9
12,05
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
2
10-2
2
3
10-3
3
2
4
10-4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
3
2
4
10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
5
6
6
5
5
Xaùc suaát loãi kyù hieäu
Hình 3-2: Ñoà thò xaùc suaát loãi
NC: khoâng keát hôïp
C: keát hôïp
Keát hôïp
Taïo tín hieäu vuoâng
NC
NC
Maùy phaùt ñoàng boä
S
Mach quyeát ñònh
Mach quyeát ñònh
Ñöôøng daây treã ½ bit
Ñieàu cheá
Boä chia caét nhò phaân
Boä loïc thaáp
Giaûi ñieàu cheá keát hôïp tuyeät ñoái
Giaûu ñieàu cheá khoâng keát hôïp
Soá lieäu ra
Soá lieäu ra
Soá lieäu
ra
Hình 3-3: Caùc heä thoáng taùch soùng keát hôïp vi sai khoâng keát hôïp vaø keát hôïp
Vaøo soá lieäu nhò phaân
Moâi tröôøng trueàn daãn
Boä loïc thaáp
Boä loïc baêng thoâng f1
Boä loïc baêng thoâng f2
Ñieàu cheá
Ñieàu cheá
Boä loïc thaáp
AVG
AVG
Boä loïc baêng thoâng fC-fD
Taùch soùng hình bao
Boä loïc baêng thoâng fC+fD
Taùch soùng hình bao
Töø baûng 1-2, ta coù theå choïn ñöôïc ñoä di taàn caøng nhoû caøng toát. Nhöng xaùc suaát loãi Pe cuõng laø moät haøm cuûa ñoä di taàn. Giaûm ñoä di taàn, Pe seõ taêng leân. Giaù trò toái öu cuûa ñoä di taàn ñaõ ñöôïc xaùc ñònh xaáp xæ 0,7 vaø giaûm ñoä di taàn xuoáng 0,5 seõ daãn ñeán
C/N chòu thieät ñi 1,6 dB khi Pe baèng 10-6 vaø W = rb. Ñoä roäng baêng W = rb cuõng laø toái öu trong tröôøng hôïp naøy.
Hình 3-3 veõ sô ñoà khoái heä thoáng cuûa maùy thu FSK keát hôïp, nhö moâ taû döôùi ñaây, trong ñoù ñaàu ra cuûa moãi boä loïc baêng thoâng seõ chöùa möùc aâm coù quan heä keát hôïp vôùi caùc taàn soá mang thoâng tin. Möùc aâm naøy seõ xuaát hieän chính xaùc cho nhöõng taàn soá 1 vaø 0. Hôn nöõa chuùng chieám nöõa coâng suaát toång vaø ñoä cheânh leäch cuûa chuùng cung caáp taàn soá nhòp bit vôùi pha phuø hôïp.
FSK khoâng keát hôïp (NCFSK)
Phoå taàn cuûa FSK khi ñoä di taàn ñænh – ñænh 2fd = krb, trong ñoù k laø soá nguyeân xuaát hieän gioáng nhö hai laàn phoå ASK, coù caùc taàn soá mang laø f0 – fd vaø f0 + fd, moãi phoå töông töï nhö veõ treân hình 6.2. Ñieàu ñoù noùi leân raèng tín hieäu mang tin döôùi nhöõng ñieàu kieän nhö vaäy seõ coù theå taùch ra nhôø hai boä loïc thoâng baêng vôùi taàn soá trung taâm laø f0 – fd vaø f0 + fd. Maïch taùch soùng ñieån hình minh hoïa trong hình 6.19. Khi giöõa taàn soá mang vaø toác ñoä bit coù quan heä ñôn trò, nhö f0 = nrb thì coù nghóa laø soùng mang coù quan heä keát hôïp (duy nhaát) vôùi toác ñoä bit cuûa th mang tin. Coù theå coù ba loaïi quaù trình taùch soùng. Loaïi thöù nhaát ñaõ ñöôïc moâ taû chính laø taùch soùng keát hôïp, loaïi thöù hai laø taùch soùng khoâng keát hôïp, loaïi thöù ba laø taùch soùng keát hôïp vi sai duøng ñeå treã nhö trong hình 6.19.
Xaùc suaát loãi Pe cuûa FSK khoâng keát hôïp hai traïng thaùi.
Bieåu thöùc cuûa xaùc suaát loãi Pe laø:
Pe = ½ exp [-(1/2) (W/rb) (C/N)] (6.57)
Bieåu thöùc naøy ruùt ra töø taøi lieäu tham khaûo 2.4. vaø phöông trình 6.57 ñaõ ñöôïc minh hoïa treân hình 6.18 vôùi ñoä roäng baêng taïp aâm soùng bieân.
Noù coù theå coù giaù trò ôû choã sau boä taùch soùng hình bao coù caùc boä loïc baêng thoâng vaø moät thieát bò quyeát ñònh, khoaûng caùch taàn soá 2fd phaûi baèng ít nhaát laø 1/T (hay m³1); Ñeå traùnh baêng thoâng cuûa hai boä loïc choàng laán leân nhau. Coù theå duøng boä taùch soùng taàn soá ñeå chuyeån ñoåi nhöõng bieán thieân taàn soá thaønh nhöõng bieán thieân ñoä sao cho taùch soùng hình bao ñieàu bieân coù theå thöïc hieän ñöôïc. Phöông phaùp naøy haïn cheá nhöõng nhöôïc ñieåm ñaõ noùi ôû treân vôùi chæ soá ñieàu cheá m³1.
FSK M traïng thaùi:
Taùch soùng keát hôïp:
Xaùc suaát loãi trong caùcheä thoáng gheùp keânh FSK vôùi taùch soùng keát hôïp khoâng ñöôïc bieåu thò baèng “haøm hieäu” ñôn giaûn.
Noùi chung, bieåu thöùc chaáp nhaän ñöôïc ñoái vôùi xaùc suaát loãi nhö sau:
Trong ñoù M laø soá löôïng taàn soá khoùa vaø C/N laø tyû soá tín hieäu treân taïp aâm trong ñoä roäng baêng taïp aâm song bieân. Nhöõng trò soá Pe ñoái vôùi caùc trò soá M khaùc nhau ñeàu cho trong hình 3-2. Vì M daïng tín hieäu baát kyø. Moãi caùi coù taàn soá khaùc nhau, bieåu thöùc 3.5 laø xaùc suaát trung bình cuûaloãi kyù hieäu. Nhö phöông trình 3.6 chæ roõ, chaát löôïng cuûa caùc sô ñoà ñieàu cheá khaùc nhau coù theå so saùnh theo Eb / h hôn laø C/N, cho pheùp ta coù moät ñaùnh giaù caùc sô ñoà ñieàu cheá M traïng thaùi khaùc nhau duøng caùc giaù trò cuûa M.
a: heä soá uoán cuûa cosin-taêng
Nhö ñaõ noùi ôû treân, ñoái vôùi M daïng soùng hoaëc traïng thaùi, moãi kyù hieäu maõ hoùa caàn coù log2M bit maõ nhò phaân, do ño töø phöông trình (3.6) ñoái vôùi boä loïc cosin taêng:
Ñeå chuyeån ñoåi xaùc suaát kyù hieäu ñaõ cho trong (3.5) thaønh xaùc suaát töông ñöông cuûa moät bit loãi nhò phaân, ta phaûi xeùt ñeán baèng caùch caùc loãi xuaát hieän trong heä thoáng loãi tröïc giao. Soá löôïng toång hôïp cuûa log2M Cn laø soá khaû naêng nbit nhò phaân ngoaøi log2M bit coù theå bò loãi.
Ñoái vôùi caùc tín hieäu tröïc giao cuøng khaû naêng, taát caû caùc loãi bit tín hieäu cuøng ñeàu cuøng khaû naêng:
Xaùc suaát cuûa loãi kyù hieäu xaåy ra = Pe/(M-1) (3.8)
Do ñoù soá loãi bit treân log2M laø:
Khoaûng caùch taàn soá caàn thieát ñoái vôùi giaûi ñieàu cheá keát hôïp ñöôïc cho bôûi . Moãi tín hieäu chieám moät ñoä roäng baèng xaáp xæ 2fd, neân ñoä roäng keânh yeâu caàu ñeå truyeàn daãn caùc daïng soùng M ñöôïc bieåu thò:
Ñoä roäng baêng FSKkeát hôïp = 2Mfd = (3.10)
Ñoä roäng baêng hieäu duïng tính theo toác ñoä tin bit /s chia cho ñoä roäng baêng yeâu caàu:
Ñoä roäng baêng hieäu duïng FSKkeát hôïp = 2 (3.11)
Taùch soùng khoâng keát hôïp:
Xaùc suaát loãi trong caùc heä thoáng FSK vôùi taùch soùng khoâng keát hôïp ñöôïc bieåu thò:
PeFSK khoâng keát hôïp =
Trong ñoù I0(u) laø haøm Bessel caûi tieán cuûa loaïi ñaàu tieân thöù 0 trong phöông trình 1.21. Hình 3-2 cho caùc trò soá Pe töông öùng vôùi caùc trò soá M khaùc nhau vaø tyû soá taïp aâm son bieân. So saùnh xaùc suaát loãi giöõa caùc heä thoáng FSK keát hôïp vaø khoâng keát hôïp ta thaáy roõ raøng laø taùch soùng keát hôïp luoân luoân laø heä thoáng taùch soùng troäi hôn caùc trò soá M nhoû. Hai heä thoáng seõ khoâng khaùc nhau maáy khi soá löôïng taàn soá khoùa M taêng leân. Tính tröïc giao cuûa caùc daaïng soùng FSK taùch soùng khoâng keát hôïp yeâu caàu khoaûng caùch taàn soá laø . Do ñoù, ta coù ñoä roäng keânh yeâu caàu ñeå truyeàn daãn laø:
Ñoä roäng baêng FSK khoâng keát hôïp M traïng thaùi (3.13)
Ñieàu naøy chöùng toû kaø khi soá löôïng cuûa möùc M taêng leân, ñoä roäng baêng seõ taêng leân, theá nhöng töø hình 3-2 C/N tieán tôùi moät giôùi haïn. Vì toác ñoä truyeàn daãn laø (log2M)/TS, ta coù:
Hieäu duïng cuûa ñoäroäng baêng FSK khoâng keát hôïp = (log2M)/M (3.14)
Baèng moät nöõa so vôùi tröôøng hôïp taùch soùng khoâng keát hôïp.
Töø hình 3-2 ta thaáy raèng, neáu coâng suaát taïp aâm giöõ nguyeân, coâng suaát phaùt khoâng taêng theo M taêng. Tæ leä loãi bit töï do cöïc ñaïi rb vôùi soá lieäu coù theå ñöôïc truyeàn ñi theo sô ñoà tín hieäu FSK tröïc giao M traïng thaùi ñöôïccho bôûi dung löôïng keânh C’ cuûa moät keânh Gaussian coù ñoä roäng voâ haïn:
rb = W. C/N. Log2e (3.15)
D(ieàu naøy coù nghóa laø neáu nhö taác ñoä bit rb nhoû hôn dung löôïng keânh, xaùc suaát loãi coù theå xem nhö nhoû.
Bieåu ñoà hình sao cuûa heä thoáng FSK M traïng thaùi coù theå ñöôïc bieåu thò baèng M toïa ñoä vuoâng goùc vôùi ñaïi löôïng vector . Vôùi M = 3, ta deã daøng nhaän thaáy heä toïa ñoä ba chieàu vì caùc truïc döông x, y, z ñaïi dieän cho f1, f2, f3.
MSK – khoùa di taàn cöïc tieåu:
MSK laø moät tröôøng hôïp ñaëc bieät cuûa FSK pha lieân tuïc (CP - FSK), vôùi ñoä do taàn 2fd baèng 0, 5 vaø söû duïng taùch soùng keát hôïp. Kyõ thuaät naøy ñaït ñöôïc chaát löôïng cuõng nhö PSK keát hôïp,vaø coù ñaëc tính phoå cao hôn.CP – FSK. MSK coù öu ñieåm laø thöïc hieän töï ñoàng boä töông ñoái ñôn giaûn hôn CP – FSK keát hôïp vôùi ñoä di taàn 0,7.
Neáu caùc xung ñi vaøo maïch maùy phaùt ñeàu ñöôïc loïc ñeå taïo caùc xung hình sin “ñoä daøi toaøn boä”. Tröôùc khi ñieàu cheá vôùi soùng mang, FSK coù theå coi nhö OQPSK caûi bieán. Ngöôøi ta ñaõ chöùng minh raèng coù theå caáu taïo moät boä taùch soùng ñôn giaûn vaø toái öu vôùi tính chaát xaùc suaát loãi baèng boä thu PSK hai traïng thaùi. Do tính chaát xaùc suaát loãi Pe vaø hieäu duïng baêng thoâng (2 bit/s Hz), neân kyõ huaät naøy ñaõ ñöôïc söû duïng trng thieát bò coù treân thò tröôøng nhö vi ba soá “Telenokia” 0,7; 2 vaø 8M bit / s.
Taùch soùng keát hôïp MSK cuõng nhö taùch soùng keát hôïp cuûa tín hieäu PSK, coù söï suy giaûm tính chaát xaùc suaát loãi Pe so vôùi lyù töôûng vì pha giöõa soùng mang tín hieäu mang tín hieäu thu vaø soùng mang chuaån noäi khoâng ñoàng nhaát. Trong caùc heä thoáng PSK truyeàn thoáng, Caû BPSK vaø QPSK haàu nhö ñeàu coù chaát löôïng Pe nhö nhau vôùi cuøng (C/N) / bit, vôùi chuaån pha hoaøn chænh, vôùi moät chuaån pha bò taïp aâm, chaát löôïng cuûa nhöõng heä thoáng naøy bò xaáu ñi nhieàu hôn QPSK vì söï gheùp giöõa caùc thaønh phaàn caàu phöông. Ngöôøi ta ñaõ chöùng ming raèng OPQSK coù xaùc suaát loãi trong taùch soùng naèm ôû giöõa chaát löôïng taùch soùng cuûa BPSK vaø QPSK. Vì taàn soá khoâng oån ñònh trong heä thoáng thoâng tin vaø caùc khoù khaên keát hôïp trong vieäc thu nhaän ñoàng boä soùng mang coù tröïc ñuû thaáp ñeå ngaên ngöøa caùc toån thaát taùch soùng, OPQSK coù öu ñieåm hôn BPSK vaø QPSK laø cho pheùp C/N thaáp hôn 3 dB so vôùi möùc chuaån pha ñoàng boä ñeå thoõa maõn moät giaù trò toån hao taùch soùng cho pheùp ñaõ xaùc ñònh. Bieåu thöùc cuûa maät ñoä phoå coâng suaát chöa loïc cuûa MSK laø:
P (f) MSK = [ 8CT(1+cos4pfT)]/[p (1-16T2f2)]2 (3.15)
Trong ñoù f laø taàn soá dòch so vôùi soùng mang;
C laø coâng suaát soùng mang;
T laø thôøi gian bit ñôn vò trong maùy thu;
Phoå ñöôïc minh hoïa treân hình 3-4c.
So saùnh phoå cuûa MSK vôùi phoå cuûa OQPSK trong hình 3-4d, ta thaáy raèng doä roäng cuûa buùp chính phoå MSK lôùn hôn cuûa OQPSK laø 1,5 laàn. Ta coù theå chöùng minh raèng vôùi loïc ñuùng, hieäu duïng baêng thoâng cöïc ñaïi cuûa MSK cuõng nhö cuûa OQPSK laø 2 bit/s/Hz. Hình 3-4 cuõng minh hoïa sô ñoà khoái cuûa boä ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá, cuøng vôùi bieåu ñoà thôøi gian cuûa luoàng soá lieäu mong muoán.
Caùc tín hieäu FSK cuõng gioáng nhö caùc heä thoáng FM khaùc ñeàu laø nhöõng quaù trình phi tuyeán tính, neân moâ taû hoaøn toaøn baèng toaùn hoïc raát khoù khaên. Nhöng caùc tín hieäu FSK ñaõ ñöôïc tính toaùn ñeå coù ñoä di taàn ñænh – ñænh hay ñoä dòch taàn soá ‘h’ baèng 2fd baèng boäi soá tích phaân toác ñoä bit, coù theå xem nhö toång cuûa hai tín hieäu AM.
Ra soá lieäu
Boä taïo daïng xung sin
Boä taïo daïng xung sin
Boä loïc phaùt
Boä loïc phaùt
Boä taïo dòch pha khoâng
Boä chuyeån ñoåi noái tieáp song song
Buø treã
S
Boä taïo dòch pha khoâng
Boä loïc thu
Boä loïc thu
Ngöôõng quyeát ñònh
Ngöôõng quyeát ñònh
Boä chuyeån ñoåi noái tieáp song song
Buø treã
S
Maùy phaùt
Maùy thu
Keânh truyeàn
daãn
WGN
Vaøo soá lieäu
1 / Tb
Cos (2+fCt)
sin (2+fCt)
1 / 2Tb
Tb
Q
Q’
a)
1
3
5
7
9
2
4
6
8
T
1
3
2
4
5
6
7
8
9
Soá lieäu vaøo
D/2
i-D/2
D/2
Q-D/2
Ghi chuù: n bit soá lieäu vaøo ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh n bit I/O
b)
c): Maät ñoä phoå coâng suaát MSK
Hình 3-4: Heä thoáng MSK
Ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá caàu phöông;
Ñònh thôøi soá lieäu cuûa boä ñieàu cheá; c) Maät ñoä phoå coâng suaát;
Nhôø ñoù, ta deã daøng moâ taû ñaëc tính taàn soá – thôøi gian. Maät ñoä phoå c
Các file đính kèm theo tài liệu này:
KHAO_SAT_TIN_HIEU_DIEU_CHE_.DOC
