- Trang Chủ
- Năng lượng
- Giáo trình hình thành tín hiệu điều biên và quan hệ năng lượng trong tín hiệu điều biên p1
Xem mẫu
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
Giáo trình hình thành tín hiệu điều biên và quan
hệ năng lượng trong tín hiệu điều biên
CHÖÔNG 1
ÑIEÀU BIEÂN (AM: Amplitude modulation)
I. 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 minmax,
ta coù:
V = V.cos t (1.1)
Taûi tin laø dao ñoäng cao taàn:
Vo = V0.cos0t (1.2)
Töø (1-1) vaø (1-2) ta ñöôïc tín hieäu ñieàu bieân coù daïng:
VAM t V0 V cos t cos 0 t
V
V0 1 cos t cos 0 t
V0
V0 1 m cos t cos 0 t 1.3
V
Trong ñoù: m laø heä soá ñieàu cheá hay coøn goïi laø ñoä saâu ñieàu cheá. Heä soá
V0
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:
Vmax Vmin
V V Vmin
2 1.4
max
m
Vmax Vmin
V0 Vmax Vmin
2
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
Khi m = 1 ta coù Vmax = 2V0 vaø Vmin = 0.
Bieán ñoåi löôïng giaùc coâng thöùc (1.3) ta coù:
mV0 mV0
cos 0 t cos 0 t 1.5
VAM V0 cos 0 t
2 2
V0
V
t t
0 0
VAM
3
2
t
1
m1 t
0
-2
-4
-6
0 5 1 0 1 5 2 0
Hình 1.1 Daïng tín hieäu V, V0 vaø tín hieäu ñieàu bieân VAM
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
VAM
Nhö vaäy khi ñieàu V0
cheá ñôn aâm phoå cuûa tín
hieäu ñieàu bieân AM coù ba
mV0
thaønh phaàn: Taûi tin coù taàn
2
soá 0 vaø coù bieân ñoä V0;
hai dao ñoäng bieân coù taàn
0 0 - 0 +
0
soá 0 vaø coù bieân ñoä
nhö hình 1-2,a. Khi V
V0
m=1 thì VAM
2
Neáu ta ñieàu cheá
moät daõi aâm taàn
0 min max
(minmax) vaøo taûi tin, ta
seõ coù phoå cuûa tín hieäu AM
nhö hình 1-2,c.
Ta thaáy ngoaøi taûi
tin 0 coù bieân ñoä V0 coøn
coù hai bieân taàn: bieân taàn
0
0 0 - max
treân coù taàn soá töø (0 -
+ max
0 - min 0 + min 0
min) ñeán (0 + max) vaø
bieân taàn döôùi coù taàn soá töø Hình 1-2 Phoå cuûa rín hieäu AM
(0 - max) ñeán (0 + min)
ñoái xöùng qua taûi tin.
Thöïc chaát phoå cuûa caùc dao ñoäng hai bieân khoâng ñoàng ñieàu nhau maø caøng
xa 0 thì bieân ñoä caøng giaûm do ñaëc tuyeán loïc cuûa boä coäng höôûng khoâng phaûi laø
hình chöõ nhaät lyù töôûng.
II. 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.
Coâng suaát taûi tin laø coâng suaát bình quaân trong moät chu kyø taûi tin:
V20
Po = (1.6)
2R L
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
Coâng suaát bieân taàn:
2
m2
mV0 1
1.7
Pbt 0 Pbt 0 P0
2 2R L 2
m2
1.8
Pbt Pbt 0 Pbt 0 P0
2
P0
Khi ñieàu cheá saâu (100%): m = 1 thì Pbt (1.9)
2
Töø (1.3) ta coù: VAmmax = V0(1+m)
V02 1 m
2
P0 1 m
2
Do ñoù: PAM max (1.10)
2R L
Khi m = 1 thì PAMmax = 4Po (1.11)
Vaäy coâng suaát trung bình trong moät chu kyø ñieàu cheá:
m2
m
1.12
P0 1
PAM P0 Pbt P0 P0 2
2
Neáu m = 1 thì PAM = 3/2 Po (1.13)
Pbt = 1/3 PAM (1.14)
Heä soá lôïi duïng coâng suaát:
P0 m 2
Pbt 1
2 1.15
k
2
2
PAM m
P0 1
2
2
m 1
1
Khi ñieàu cheá saâu nhaát m = 1 thì k coù nghóa laø coâng suaát höõu ích chæ
3
baèng moät phaàn ba toång coâng suaát phaùt ñi.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
1
Trong thöïc teá ñeå tín hieäu khoâng meùo m = 0,7 0,8 thì k . Ñaây chính laø
3
nhöôïc ñieåm cuûa tín hieäu AM so vôùi tín hieäu ñieàu bieân (SSB).
III. Caùc chæ tieâu cô baûn cuûa dao ñoäng ñaõ ñieàu bieân:
1. Heä soá meùo phi tuyeán:
I20 2 I20 3 ....
Trong ñoù: k
I 0
I(t ns) (n 2) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn doøng ñieän öùng vôùi haøi baäc cao
cuûa tín hieäu ñieàu cheá;
I(t s) laø bieân ñoä caùc thaønh phaàn bieân taàn.
I0
A
Ñeå ñaëc tröng cho meùo phi tuyeán
trong maïch ñieàu khieån, ngöôøi ta duøng
B
ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh (hình 1.3). Ñaëc
tuyeán ñieàu cheá tónh cho bieát quan heä
U
giöõa bieân ñoä tín hieäu ra vaø giaù trò töùc
C
thôøi cuûa tín hieäu ñieàu cheá ôû ñaàu vaøo.
Daïng toång quaùt cuûa ñaëc tuyeán Hình 1-3: Ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh.
ñieàu cheá tónh ñöôïc bieåu dieãn treân hình A–Giaù trò cöïc ñaïi; B–Taûi tin chöa ñieàu cheá
1-3.
Ñöôøng ñaëc tuyeán ñieàu cheá tónh lyù töôûng laø moät ñ öôøng 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 t 2s 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.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
2. 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)Us = const
Heä soá meùo taàn soá ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc:
m0 Hoaëc M = 20logM
M= (1.17)
dB
m
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:
IV.
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.
1. 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.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
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( = 1800) hoaëc phaân tích theo chuoãi Fourier
khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä maø goùc caét < 1800 (cheá ñoä lôùp AB, B, C). phöông
phaùp tính toaùn cho hai tröôøng hôïp ñoù nhö sau:
a). Tröôøng hôïp 1: = 1800 .
Giaû thieát maïch ñieàu bieân duøng Diode (hình 1-5). Neáu caùc tín hieäu vaøo
thoûa maõn ñieàu kieän V0 + V < E (2.18)
thì maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A ( = 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 + Ucost
Thay uD vaøo bieåu thöùc (1.18), nhaän ñöôïc:
ID = a1(E + U0 cos0t + U cost) + a2(E + U0 cos0t + Ucos t)2 + +
a3(E + U0 cos0t + U cost)3 +… (1.19)
Khai trieån (1.18) vaø boû qua caùc soá haïng baäc cao n 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.
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
i
i
E 0
0 UD t
D
0 UD
CB
0
+ E0 -
t
a)
b
Hình 1.5 Ñieàu bieân ôû cheá ñoä A
a) Maïch ñieän duøng Diode; b) Ñaët tuyeán cuûa Diode
0 +
0 -
0 + 2
20 +
20 -
0 - 2
0 + 3
20 + 2
20 - 2
20
0 - 3
2
3
Hình 1.6 Phoå cuûa tín hieäu ñieàu bieân khi maïch laøm vieäc ôû cheá ñoä A
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
b) Tröôøng hôïp 2: < 1800
Khi < 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:
0 khi uD 0
ID = (1.20)
SuD khi uD >0
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 + I1cos0t + I2cos20t +..+ Incosn0t (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:
1
I0 i D dt
0
2
I1 i D cos 0 td0 t
1.22
0
...................................
n
I n i D cos n0 td0 t
0
Theo bieåu thöùc (1.20):
iD = SuD = S(E + U cost + U0cos0t) (1.23)
- h a n g e Vi h a n g e Vi
XC XC
e e
F- F-
w w
PD
PD
er
er
!
!
W
W
O
O
N
N
y
y
bu
bu
to
to
k
k
lic
lic
C
C
w
w
m
m
w w
w
w
o
o
.c .c
.d o .d o
c u -tr a c k c u -tr a c k
Khi 0t = thì ID = 0 (hình 2-6), do ñoù ta coù:
0 = S(E + Ucos t + U0cos) (1.24)
Laáy (2-22) tröø (2-23) ta coù :
iD = SU0 (cos0t - cos) (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 ).
Bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn I1 (thaønh phaàn höõu ích):
2
I1 SU t (cos 0 t cos ) cos 0 td0 t
0
SU t 1 sin 2
1 26
2
Do ñoù trò töùc thôøi cuûa thaønh phaàn cô baûn:
SU t 1 (1.27)
i1 sin 2 cos t t
2
Ôû ñaây xaùc ñònh ñöôïc töø bieåu höùc (1-24)
E U cos t (1.28)
cos a)
U0
nguon tai.lieu . vn