Upload
arthur-diaz
View
77
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
8.14 So saùnh tyû soá. CHÖÔNG VIII. ÑIEÀU CHEÁ VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ TÖÔNG TÖÏ. ÑIEÀU CHEÁ - GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ AM, SSB, DSB. 8.1 Ñieàu cheá bieân ñoä AM (Amplitude Modulation). 8.2 Maïch ñieàu cheá AM. 8.3 Giaûi ñieàu cheá AM. 8.4 Ñaùnh giaù chaát löôïng ñieàu cheá AM. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
CHÖÔNG VIII
ÑIEÀU CHEÁ VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ TÖÔNG TÖÏ
ÑIEÀU CHEÁ - GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ AM, SSB, DSB8.1 Ñieàu cheá bieân ñoä AM (Amplitude Modulation)
8.2 Maïch ñieàu cheá AM8.3 Giaûi ñieàu cheá AM8.4 Ñaùnh giaù chaát löôïng ñieàu cheá AM8.5 Ñieàu cheá ñôn ñieäu SSB8.6 Ñieàu cheá caân baèng (Balanced Modulator)8.7 Caùc phöông phaùp ñieàu cheá SSB
8.12 Gheùp keânh caàu phöông (Quadrature Multiplexing – QM)
8.9 Giaûi ñieàu cheá SSB8.10 Meùo pha trong giaûi ñieàu cheá DSB, SSB8.11 Gheùp keânh theo taàn soá trong heä thoáng ñieän thoaïi (FDM)
8.13 Ñoàng boä soùng mang
8.8 Giaûi ñieàu cheá DSB
8.14 So saùnh tyû soá N
S
2
ÑIEÀU CHEÁ VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ GOÙC (FM-PM)
8.15 Phaân tích tín hieäu FM – PM8.16 Bieân taàn vaø phoå FM
8.17 Baêng thoâng FM vaø coâng suaát
8.18 Hieäu öùng baét FM
8.20 Ñieàu cheá pha (phase Modulation – PM ) vaø PM daûi roäng8.21 PM daûi roäng
8.22 Giaûi ñieàu cheá PM
8.27 Maïch ñieàu taàn vaø ñieàu pha
8.28 Ñieàu cheá pha PM
8.29 Giaûi ñieàu cheá FM
8.30 Taïo tín hieäu FM Stereo
8.31 Nhieãu trong ñieàu taàn
8.24 FM töø PM
8.25 OÅn ñònh taàn soá vaø AFC
8.23 So saùnh PM vaø FM
8.26 Ñaùnh giaù chaát löôïng ñieàu cheá fm, pm
8.19 Preemphasis
3
Ñònh nghóa: Ñieàu cheá laø quaù trình bieán ñoåi moät trong caùc thoâng soá soùng mang cao taàn (bieân ñoä, hoaëc taàn soá, hoaëc pha) tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá baêng goác (BB - base band).Ñieàu kieän ñieàu cheá : 1. Taàn soá soùng mang cao taàn fC (810) Fmax, trong ñoù
Fmax taàn soá cöïc ñaïi
tín hieäu ñieàu cheá BB. 2. Thoâng soá soùng mang cao taàn (hoaëc bieân ñoä, hoaëc taàn soá, hoaëc pha) bieán ñoåi tyû leä vôùi bieân ñoä tín hieäu ñieàu cheá BB maø khoâng phuï thuoäc vaøo taàn soá cuûa noù. 3. Bieän ñoä soùng mang cao taàn V > Vm (bieân ñoä tín hieäu
ñieàu cheá BB) 4. Trong ñieàu cheá xung-soá, taàn soá laáy maãu fmaãu 2fmax
(fmax -taàn soá cöïc ñaïi tín
hieäu baêng goác) Caùc phöông phaùp ñieàu cheá töông töï: AM, FM, PM, SSB, DSB Caùc phöông phaùp ñieàu cheá soá: ASK, FSK, PSK, QPSK, v.v…. Caùc phöông phaùp ñieàu cheá xung: PAM (pulse Amplitude Modullation ), PWM (Pulse width Modulation), PPM (Pulse position Modullation), Ñieàu cheá xung maõ PCM (pulse code Modullation ) ñieàu cheá xung vaø ñieàu cheá Delta khoâng ñeà caäp trong taøi lieäu naøy.
ÑIEÀU CHEÁ VAØ GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ TÖÔNG TÖÏ
4
8.1 ÑIEÀU CHEÁ BIEÂN ÑOÄ AM (AMPLITUDE MODULATION)
Bieân ñoä soùng mang cao taàn tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá baêng goác goïi laø ñieàu bieân AM. Ta coù ñöôøng bao cao taàn AM laëp laïi daïng tín hieäu ñieàu cheá mt =Vmcosmt
0 t
t0
VAM(IAM)
V1maxV1~
V1T V1min
Soùng mang f0
m(t)=Vmcosmt
Hình 8.1
ÑIEÀU CHEÁ - GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ AM, SSB, DSB
5
ÔÛ cheá ñoä soùng mang (Vr = 0), ñieän aùp haøi 1 laø V1Tcos0t .
V1T - bieân ñoä soùng mang.
Khi coù tín hieäu ñieàu cheá ( Vm 0 ), ñieän aùp tín hieäu AM bieán ñoåi theo haøm:
min1max1
min1max1
1
~1
1
001
01)( ])cos()[cos(.2
cos
VV
VV
V
V
V
Vm
ttmV
tVv
TT
mA
mmAT
Tt
AM
(Goïi laø heä soá ñieàu cheá AM )1
Tín hieäu AM ñieàu cheá ñôn aâm goàm thaønh phaàn soùng mang vaø hai bieân
Phoå AM ñieàu cheá ñôn aâm vaø phoå AM phöùc taïp ( H.8.2)
vAM(t) = V1T(1+mAcosmt).cos0t
vAM(t) = V1T cos0t+Vmcosmt. cos0t
ttV
VVttVtV
ttVVttmVtV
mT
mTmmT
mmTTAM
01
1001
0101
cos)cos1(cos.coscos
cos]cos[cos)]([)(
6
0 0+m0-m
2m
mA
2.V1T
mA
2.1V1T
V1T
00-max 0+max
V1TB=2max
bieân döôùi LSBbieân treân USB
Hình 8.2
V1max=V1T(1+mA); V1min = V1T(1-mA)
Ñeå ñieàu cheá AM khoâng meùo, mA 1
Coâng suaát ra ôû cheá ñoä soùng mang :
V1T=Ic1T.Req bieân ñoä ñieän aùp soùng mang treân taûi töông ñöông Req
Khi ñieàu cheá, coâng suaát ra töùc thôøi: P1max= Pt= P1T(1+mA)2
Khi ñieàu cheá cöïc ñaïi: mA=1; PAMMAX =4P1T
Trong ñieàu cheá AM collector taàng cuoái, ñieän aùp ra cöïc ñaïi baèng 4 laàn ñieän aùp nguoàn cung caáp. Do ñoù VCEMAXBJT 4Vcc
eq
TeqTcT R
VRIP
.2.
2
1 212
1 1
Phoå AM phöùc taïpPhoå AM ñieàu cheá ñôn aâm
7
Coâng suaát trung bình AM:
...
)2
1()cos1(2
1
23
22
21
2
1
2
0
21
mmmm
mPtdtmPP
TB
TBTmmTBT
AMTB
heä soá ñieàu cheá trung bình tín hieäu phöùc hôïp
PAMTB=P1T +Pbieân treân USB+ Pbieân
döôùi LSB
Ví duï: Cho tín hieäu AM coù :V1max=50V; V1min=10V tính mA? Vm? PAM treân taûi Req=50
Giaûi:
Giaû söû ta coù ñieàu cheá AM gheùp bieán aùp tín hieäu ñieàu cheá m vaøo taàng ñieàu cheá.
Wm
PP
WR
VP
VpeakVmV
m
ATAMTB
eq
TT
TAm
A
112
1
950.2/2
1050
2
20)2
1050.(667,0
,667,01050
1050
2
1
221
1
1
8
Coâng suaát tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp:1
1)( 2
Ttm
PP
1- Hieäu suaát taàng ñieàu cheá 0
1
P
PT
Trôû khaùng ra veà maët AC cuoän thöù caáp
oC
ccAudio I
VR
RA
f0
Vcc
m(t)
vc
a)
-VG
b)
f0
VAA
m(t)
RFC
.1F
.1F
RA
50
Hình 8.3 Maïch ñieàu cheá AM duøng BJT vaø ñeøn ñieän töû
)(tmv
9
KI
PR
KWP
P
KWP
P
AKW
Ao
oAudio
oMaxm
To
t
10
;52
;10
110
2
1
1
)(
Ñoái vôùi AM coâng suaát raát lôùn trong phaùt thanh AM, duøng ñeøn ñieän töû, phöông phaùp phaân tích töông töï.
Ví duï: Cho coâng suaát soùng mang AM ñieàu cheá anod (töông töï ñieàu cheá Collector) P1T=7,5KW; 1=0,75 doøng IAo =1A.
Tính vaø Raudio
Giaûi :
Maxm tP
)(
Khi tín hieäu ñieàu cheá phöùc hôïp, khoâng coøn laø sin, tín hieäu AM coù daïng:
vAM(t) =V1T cosot+ m(t) cosot
Bieán ñoåi Fourier:][
2
1)]()([
2 )()(1
)( oo ffffooT
fAM MMffffV
v
10
a)
Tröôøng hôïp rieâng cuûa ñieàu cheá AM: tín hieäu ñieàu cheá m(t) daïng soá goàm chuoãi bit 1 vaø 0. Ta coù ñieàu cheá soá ASK (Amplitude shift key). Quaù trình thöïc hieän taét môû maùy phaùt taïo ASK goïi laø OOK (0n-off keying)
t
m(t)
F Fmax
m(f)
c)
LSB USB
ff0 + FMaxf0 - FMax
f0
VAM(f)
d)
vAM(t)
b)t
Hình 8.4. a/ Tín hieäu ñieàu cheá b/ Tín hieäu AMc/ Maät ñoä phoå 1 bieân tín hieäu ñieàu cheá d/ Maät ñoä phoå AM moät phía
11
m(t)
Tt
3
vAM(f)
f0>> 1
f
=1T
14
Hình 8.5. Tín hieäu vaø maät ñoä phoå ASK
t
f0>> vAM(t)
1
12
T
τd
τfnd
τfnd
τfnd
τfnddA
τt
τtfA
o
o
o
o
o
)(
)sin(
)(
)sin(
2
.
22,2cos
(f)V
:Fourier ñoåi Bieán
treân khoaûngngoaøi 0
Xeùt ASK ñieàu cheá bôûi xung heïp:
Maät ñoä phoå ASK coù daïng haøm baèng khoâng taïi X
Xsinn
f 0
Baêng thoâng ASK trong khoaûng τ
ff1
0
13
Nhaän xeùt AM:- Coâng suaát soùng mang khoâng taûi tin lôùn, voâ ích- Coâng suaát cao taàn taûi tin nhoû cuûa hai bieân nhö nhau vaø phuï thuoäc heä soá ñieàu cheá mA
- Baêng thoâng lôùn gaáp ñoâi caàn thieát neân phí vaø taêng nhieãu.- Hieäu quaû söû duïng coâng suaát cao taàn keùm, (P1bieân/P1Max) raát nhoû.- Tính choáng nhieãu keùm.- Deã thöïc hieän AM vaø maùy thu giaûi ñieàu cheá ñôn giaûn, giaù reû.
33k
+12v
RFCRFC100k
4/20
Key
47k
10k
680
3947k
220
1239
22n
68
39
1222k
22n
SF 136
Hình 8.6 Maïch ñieàu cheá ASK
TTLBF 173
22n
14
- AM duøng trong phaùt thanh quaûng baù MW-SW, thoâng tin CB < thoâng tin AM haøng khoâng.
Ñieàu cheá tín hieäu hình trong truyeàn hình laø moät daïng ñaëc bieät AM
- Ñoåi taàn laø moät daïng ñaëc bieät AM vôùi muïc ñích dòch chuyeån taàn soá.
8.2 MAÏCH ÑIEÀU CHEÁ AM8.2..1 Ñieàu cheá AM duøng diod
m(t) = Vmcosmt
Hình 8.7
C4 C3
C1
R3
C5 R5
R7
C6 C7
C8
R6R4
R2R1
+Vcc
CB
C2L3
RFCZ0
75
b)
R1
m(t)
a)
v0 = V0cos0tR2
R3 C
D1
L
15
8.2.2. AM duøng FET
+
-VG
-
m(t) C1 RG
Ri
Rf
v0=V0cos0t
Av=1+Rf
Ri
Hình 8.8
Ñieän trôû ra cuûa Ri cuûa FET tuyeán tính trong khoaûng roäng theo, do ñoù coù AM tuyeán tính ngoõ ra.
3/AM duøng PIN diod ôû VHF, VHE, Microwave
-V
R2
C1
m(t)
R1
D2
RL
D1
v0
Hình 8.9
16
Pin diod - diod ñaëc bieät duøng ôû taàn soá lôùn hôn 100MHz. Khi phaân cöïc thuaän, diod hoaït ñoäng nhö ñieän trôû thay ñoåi tuyeán tính theo doøng chaûy qua noù. Tín hieäu ñieàu cheá vr laøm thay ñoåi doøng thuaän qua diod taïo neân AM.
4/ AM duøng vi maïch tuyeán tính XR-2206
Taàn soá soùng mang xaùc ñònh bôûi ñieän trôû vaø tuï R1C1 cuûa VCO beân trong vi maïch.11
1
CRfo
DC BiasSupply
Vc.001
Vout
1k
4,7k
Audio signal gene rator m(t)
+12V
10kR1
C1
.00147k
1
4,7k
10
+12V
123
45
678
1413
12
11
109
1516
Hình 8.10 AM duøng vi maïch tuyeán tính
XR 2206
17
8.2.5 AM trong truyeàn hình (video)
Caùc maïch ñieàu cheá AM treân coøn goïi laø ñieàu cheá AM möùc thaáp, ñieän aùp vaø coâng suaát ra AM thaáp neân caàn phaûi khuyeách ñaïi theâm sau ñoù tröôùc khi phaùt.
Vcc
+6V3/13
100 10p 1k
33
1k 100
33
.005
470
33
.02
47k6,8k
1N914
+10
2N222
100H
Video m(t)
Hình 8.11. VHF Modulator.
100H
18
Ñieàu cheá AM
möùc thaáp
ATín hieäu
AM
Khuyeách ñaïi coâng suaát cao taàn ngoõ ra
Khuyeách ñaïi tuyeán tínhm(t)=Vmcosmt
v0=V0cos0t
Hình 8.12 Ñieàu cheá AM möùc thaáp
Ñieàu cheá AM möùc thaáp duøng trong truyeàn hình, thoâng tin AM-SSB v.v… Caùc taàng KÑCS cao taàn tuyeán tính coù theå ôû cheá ñoä A, AB, B.
19
Ñieàu cheá AM möùc cao thöïc hieän ôû taàng cuoái coâng suaát cao taàn, möùc coâng suaát lôùn. Kieåu naøy coù hieäu suaát cao, duøng nhieàu trong phaùt thanh quaûng baù AM, thoâng tin AM.
A
Ñieàu cheá AM möùc cao
RFAmp
RFcarrier osc
v0=V0cos0t
m(t)=Vmcosmt
Hình 8.13. Ñieàu cheá AM möùc cao
20
Hình 8.14 Ñieàu cheá AM – Collector taàng cuoái vaø tröôùc cuoái cuûa ñieän thoaïi voâ tuyeán
soùùng mang
m(t)=Vmcosmt
caûm bieán chænh coâng suaát hoaëc chæ thò coâng suaát
V0cos0t
+-
A
RFC
f0
+2 vcc
+
RFC
21
Ñieàu cheá AM- collector töùc laø ñöa tín hieäu aâm taàn ñieàu cheá vaøo collector. Doøng cao taàn Ic1 tyû leä vôùi bieân ñoä Vm töùc laø coù AM
>m(t)
Vcc
Q RA
RFC
vo
m(t)
Vcc
Q1
RFC
RAQ2vo
RFC
Hình 8.15. Ñieàu cheá AM – Collector möùc cao
22
IC
Vm
Vcc
VC=Vcc+Vmcosmt
1
Hình 8.16 Ñaùp tuyeán ñieàu cheá AM - Collector
Ñaùp tuyeán ñieàu cheá AM-Collector Ic1(Vc=Vcc+Vmcosmt) phi tuyeán (meùo AM) khi ñieàu cheá saâu (mA lôùn)
Bieän phaùp khaéc phuïc: ñieàu cheá AM ñoàng boä taàng cuoái vaø tröôùc cuoái (hình 8.10) cho ñoä tuyeán tính cao, mA lôùn, ñaùp tuyeán ñieàu cheá coù daïng:
23
Moät kieåu ñieàu cheá AM möùc cao taàng cuoái vaø tröôùc cuoái. Hình 8.17
Ñieàu cheá AM-Bazô: ñöa aâm taàn vaøo Bazô. Doøng cao taàn IC1 tyû leä vôùi ñieän aùp vm . Ta coù AM. Tuy nhieân ñaùp tuyeán ñieàu cheá AM-Bazô: tuyeán tính trong khoaûng nhoû do ñoù ít duøng rieâng maø duøng keát hôïp vôùi ñieàu cheá Collector AM ñeå caûi thieän ñoä tuyeán tính ñaùp tuyeán ñieàu cheá Collector.
)cos(1
tVVI mmBBC
1,5/20
+13,6 v2 x MSD 6100 28v +
m(t)
470p
100
10
.001RFC
100
8/60
1,5/20
39 RFC
C1
L3
C2
RA
L11,2k
RFC
.001
.01RFC
D1
RFC
RFCL2
10.001
.001
.01
RF
CR
FC
10
8/60
D2 +
-
2N 4072 2N 3866 2N 5641Hình 8.17. Ñieàu cheá AM ñoàng boä taàng cuoái – tröôùc cuoái
1
24
RFC
RA
+Vcc
Vm cosmt
+VccCB
Vo cosot
Hình 8.19. Ñieàu cheá AM - Emitter
C4
vo
C1
C3
C2
RFC
Vcc
CBRFC
VBB
m(t)
Hình 8.18. Ñieàu cheá AM Bazô
CB
.
25
+Vce
Hình 8.20. Ñieàu cheá AM qua ñieàu roäng xung(Thöïc teá duøng trong phaùt thanh AM coâng suaát lôùn baèng
ñeøn ñieän töû)
~Khuyeách ñaïi ñieàu
roäng xungSo saùnh
Vmcosmt
Vocosot
RFC
26
8.3 Giaûi ñieàu cheá AM
Giaûi ñieàu cheá: khoâi phuïc laïi tín hieäu nguyeân thuyû töø tín hieäu bò ñieàu cheá.
1/ Giaûi ñieàu cheá AM duøng diod
Tín hieäu AM coù ñöôøng bao cao taàn laëp laïi daïng tín hieäu aâm taàn ñieàu cheá. Diod D1 taùch soùng nöûa baùn kyø tín hieäu cao taàn If. ÔÛ baùn chu kyø döông, D1 daãn, C1 naïp ñeán giaù trò bieân ñoä tín hieäu cao taàn. ÔÛ baùn chu kyø aâm, D1 taét, tuï C1 xaû ra R1. Maïch naøy coøn goïi laø taùch soùng ñænh hay taùch soùng ñöôøng bao.
Vôùi söï löïa choïn R1, C1 thích hôïp, ñieän aùp treân tuï C1 coù daïng ñöôøng bao cao taàn laø tín hieäu giaûi ñieàu cheá AM. Giaù trò thích hôïp:
1
2
1
2
11max .2
1)/1(1
1
RF
mC
mRC
Max
A
A
hay
D1
IFAM
C1
ZA
RL
+
-C1 R1
ixaûZi
inaïp
Hình 8.21. Giaûi ñieàu cheá AM - diod
.
27
Giaù trò trung bình ñieän aùp ra taùch soùng ôû cheá ñoä soùng mang khoaûng 0,8V bieåu thò ñoä maïnh tín hieäu thu vaø duøng cho AGC/
Thoâng thöôøng C1 = .01 .008 ; R1 vaøi K
Bieán trôû R1 ñieàu chænh möùc ngoõ vaøo boä khuyeách ñaïi aâm taàn.
Tuï gheùp Cc ñuû lôùn ñeå cho qua tín hieäu giaûi ñieàu cheá taàn soá thaáp nhaát ñoàng thôøi caùch ly ñöôïc giöõa hai phaàn. Trôû khaùng vaøo khuyeách ñaïi zA>>R1 ñeå traùnh meùo (xeùn ñænh) xaûy ra khi doøng ñænh qua zA lôùn hôn doøng trung bình.
2/ Giaûi ñieàu cheá AM duøng PLL:
FSK -daïng ñaëc bieät tín hieäu FM, chæ coù hai taàn soá ñieàu taàn. Giaûi ñieàu cheá FSK lieân quan ñeán taùch (giaûi maõ) tín hieäu quay soá ñieän thoaïi nuùt nhaán, vaø truyeàn tín hieäu soá FSK. Ngoõ ra cuûa PLL duøng cho giaûi ñieàu cheá FSK laø hai möùc ñieän aùp
FSK input
Hình 7.39 Giaûi ñieàu cheá FSK duøng PLL.
PhaseDetector
LPF >Giaûi ñieàu cheá FSK
VCO
28
741+
-8 10
9 51
4
6
7
3
2
+ Vcc
+ 5V
- Vcc
-5v
C1
600
600
FSK input
565 10k
.210k
.210k
.2.2
10k
.001R1
113,3
1
CRfN
Hình 7.40 PLL 565 giaûi ñieàu cheá FSK.
29
8.4 ÑAÙNH GIAÙ CHAÁT LÖÔÏNG ÑIEÀU CHEÁ AM
Chaát löôïng tín hieäu AM truyeàn qua keânh voâ tuyeán ñaùnh giaù theo 3 thoâng soá cô baûn:
8.4.1 Heä soá haøi
Vmn -bieân ñoä haøi n ôû ngoõ ra giaûi ñieàu cheá maùy thu gaây bôûi keânh truyeàn khoâng lyù töôûng.
Vm1 -bieân ñoä haøi 1.
8.4.2 Ñoä leäch heä soá ñieàu cheá cho pheùp trong daûi taàn tín hieäu ñieàu cheá so vôùi giaù trò
trung bình
2
2
1
1
nmn
m
VV
K
A
A
m
m
30
AMTB
n
P
P8.4.3 Möùc ñieàu cheá kyù sinh
Pn -coâng suaát nhieãu .
PTB -coâng suaát tín hieäu trung bình
Caùc giaù trò khuyeán nghò:
Ñaùnh giaù K vaø theo ñaùp tuyeán ñieàu cheá tónh vaø ñoäng .
Ñaùp tuyeán ñieàu cheá tónh laø söï phuï thuoäc bieân ñoä soùng mang cao taàn ngoõ ra boä ñieàu cheá vaø yeáu toá ñieàu cheá. Yeáu toá ñieàu cheá hieåu laø caùc ñaïi löôïng ñieän nhö ñieän aùp nguoàn cung caáp, ñieän aùp kích cao taàn, bieán ñoåi döôùi taùc ñoäng tín hieäu taàn soá thaáp.
Ñaùp tuyeán naøy xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm khi ñöa soùng mang vaøo boä ñieàu cheá maø khoâng coù tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp (Vm=0)
Ví duï ñaùp tuyeán ñieàu cheá AM -collector:
Döïa vaøo ñaùp tuyeán ñieàu cheá naøy choïn heä soá ñieàu cheá mA cöïc ñaïi (Vm cöïc ñaïi) vôùi meùo haøi K nhoû nhaát, choïn nguoàn Vcc ôû giöõa ñoaïn tuyeán tính ñaùp tuyeán ñieàu cheá
Ñaùp tuyeán ñieàu cheá ñoäng -thöôøng laø bieân ñoä hay taàn soá .
dBP
PdB
m
mK
AMTB
n
A
A 60lg10,)5,11(log10%;52
A
A
m
m
)(1 cVcI
)(1 cVcI
31
Döïa vaøo ñaùp tuyeán a, xaùc ñònh bieân ñoä tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp caàn thieát ñeå coù ñöôïc heä soá ñieàu cheá m.
Döïa vaøo ñaùp tuyeán b, xaùc ñònh thoâng soá trong baêng thoâng tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp Fmin Fmax.
Ñaùp tuyeán ñoäng ñöôïc ño hoaëc tính toaùn khi ñöa vaøo boä ñieàu cheá soùng mang cao taàn vaø tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp.
A
A
m
m
Ñaùp tuyeán ñieàu cheá bieân ñoä ñoäng:
Phuï thuoäc heä soá ñieàu cheá m vaøo bieân ñoä tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp Vm.
Ñaùp tuyeán ñieàu cheá taàn soá ñoäng: söï phuï thuoäc heä soá ñieàu cheá mA vaøo taàn soá tín hieäu ñieàu cheá Fm.
1
Vma)
VmFmin Fmax
mA
b)
Hình 8.23. a/ Ñaùp tuyeán ñieàu cheá bieân ñoä ñoäng b/ Ñaùp tuyeán ñieàu cheá taàn soá ñoäng
32
8.5 ÑIEÀU CHEÁ ÑÔN BIEÂN SSB
Ñieàu cheá ñôn bieân (SSB- single side band): quaù trình ñieàu cheá taïo moät bieân taàn (bieân treân hoaëc bieân döôùi) cuûa tín hieäu AM.
Vieäc thöïc hieän phöùc taïp hôn nhöng baêng thoâng cao taàn giaûm moät nöûa, tieát kieäm baêng taàn giaûm nhieãu.
Coâng suaát phaùt thaáp hôn nhieàu so vôùi AM ôû cuøng moät khoaûng caùch thoâng tin vì khoâng truyeàn coâng suaát soùng mang lôùn voâ ích vaø khoâng coù moät bieân. Hieäu quaû söû duïng coâng suaát cao. Tyû soá maùy thu SSB lôùn hôn AM do nhieãu giaûm.
SSB duøng trong thoâng tin soùng ngaén, quaân ñoäi, haøng haûi, nghieäp dö coù khoaûng caùch thoâng tin raát xa.
Ñeå coù tín hieäu SSB caàn trieät soùng mang phuï cuaû tín hieäu AM, coøn laïi hai bieân DSB (Double -sideband), sau ñoù loïc laáy moät bieân nhôø BPF, ñoåi taàn caân baèng, loïc moät bieân, khuyeách ñaïi coâng suaát ñöa ra anten. SSB coøn phaân bieät theo thoâng soá trieät hoaëc neùn hoaëc phaàn soùng mang phuï, trieät hoaëc neùn moät phaàn bieân.
Soùng mang phuï tín hieäu SSB trong khoaûng 100KHz 500KHz .
Caùc giaù trò 100KHz; 200KHz thöôøng ñöôïc choïn söû duïng. AM neùn moät phaàn bieân goïi laø vestigial (VSB) duøng trong truyeàn hình quaûng baù.
DSB -SC hai bieân trieät soùng mang.
N
S
33
8.6 ÑIEÀU CHEÁ CAÂN BAÈNG (BALANCED MODULATOR)
Ñieàu cheá caân baèng (ÑCCB): taïo tín hieäu DSB, trieät soùng mang, duøng trong thoâng tin ñôn bieân, FM phaùt thanh, ñieàu cheá soá BPSK (binary phase shift key), ñoåi taàn v.v…
Xeùt maïch ÑCCB:
Ñaây laø boä ñoåi taàn caân baèng keùp goàm caëp D1-2 vaø D3-4 luaân phieân taét daãn baèng soùng mang vc(t). Soùng mang naøy coù theå sin hay chöõ nhaät vôùi bieân ñoä lôùn hôn tín hieäu ñieàu cheá (Vc > Vm; c > m)
T1
m(t)
1
3
4
2
vc(t)
T2
v0(t)
Hình 8.24
A/2
t0
A/2
T
34
+ - - +
D1-2 daãn, D3-4 taétD1-2 taét,, D3-4
daãnHình 8.25
Giaû söû soùng mang coù bieân ñoä :
Maïch ñoåi taàn caân baèng (ñieàu cheá caân baèng) thöïc hieän nhaân hai tín hieäu :
Giaû söû tín hieäu ñieàu cheá coù bieân ñoä 2v, taàn soá F = 5KHz.
Soùng mang taàn soá fc = 45KHz.
2
...7,5,3,1
)(2sin1
...)3(2sin3
12sin)(
n
tnfn
tftfv ccctc
...)5(2sin5
1)3(2sin]
3
12[sin)()()()( tftftπfmvvm cccttotct
35
Vaäy
tKHztKHztKHztKHzv
yxyxyx
tKHztKHztKHztKHzv
tKHztFAm
to
to
mt
)140(2cos3
1)130(2cos
3
1)50(2cos)40(2cos
)],cos()[cos(2
1sin.sin
...)135(2sin.)5(2sin3
2)45(2sin)5(2sin2
)5(2sin.22sin
)(
)(
)(
coù Ta
2Phoå tín hieäu DSB
F5
fc - F fc + F40 50
3fc - F3fc + F
130 140
fKHz
36
v0(t) Tc = cf
1
T = F1
tµs
V2
F 40 50 fKHz
V
t
Hình 8.26.
Daïng tín hieäu DSB
Daïng phoå vaø tín hieäu DSB sau BPF
ÑCCB trieät soùng mang raát toát (>50dB), thöïc hieän baèng IC (LM 1496, 1596, NE 602), taàn soá soùng mang tôùi 200MHz. Ngoaøi ra, caùc IC ñoù thöïc hieän ñoåi taàn caân baèng, giaûi ñieàu cheá caân baèng, giaûi ñieàu cheá SSB.
37
1k 1k 15µ 1k + Vcc
carrierinput
.1
m(t) +
10µ
10k50k
10k
+ .11k
7 2 381
4
6
9
10 5
12v
.1
+ V0
10k15µ
100
a)
MC1496
MC1596
7 2 3814
6
910 5
MC1496
1k 1k
.1
51carrier
.1
+ Vcc
12v
1k
DSBinput
10k
10k
50k
51 68k51
39k39k
+ V0
b)VEE
-8vÑieàu cheá caân baèng MC1496/1596 vaø giaûi ñieàu cheá caân baèng
CarrierSSBinput
.1
.1
7 2 38
6
12v
MC1496
1k 820 13k Vcc
51
951041
.055 .055
c) Giaûi ñieàu cheá SSB
3k 3k
1k .1
.1
10k
1k 10µ AFoutpu
t
Hình 8.27.
.00 5
1k
38
Kyõ thuaät truyeàn hai bieân trieät soùng mang DSB xöû lyù tín hieäu stereo tröôùc khi FM duøng trong phaùt thanh quaûng baù FM-stereo vaø TV-stereo.
+
- x
+
L
R
L + R
L - RÑCCB
19KHzPilot
TO FM
DSBL - R
L + R
15 1923 38 53 KHz
38KHzHình 8.28. DSB taïo FM stereo
Tín hieäu truyeàn hình goàm coù tín hieäu hình aûnh vaø tieáng ñieàu cheá ôû caùc soùng mang khaùc nhau. Tín hieäu hình aûnh ñöôïc ñieàu cheá AM coù neùn moät phaàn bieân döôùi theo tieâu chuaån truyeàn hình ñeå giaûm baêng thoâng, maø khoâng maát maùt tín hieäu taàn thaáp khi giaûi ñieàu cheá.
39
B = 8MHz
Picturecarrier
Audiocarrier
AudioVideo
fC + 6,5MHzfC + 5MHzfCf C –
0,7
5M
Hz
f C –
1,2
5M
Hz
f
Hình 8.29. ñaùp tuyeán bieân ñoä tín hieäu truyeàn hình.
Ñaùp tuyeán boä loïc IF maùy thu TV coù daïng (heä Fcc)
Carrier
100%
50%
-0,75 +0,75f
Hình 8.30
40
8.7 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHEÁ SSB
8.7.1 Phöông phaùp loïc (Filter method)
- Duøng ñieàu cheá caân baèng (troän caân baèng, nhaân tuyeán tính) trieät soùng mang ôû taàn soá soùng mang phuï (100 500KHz), roài loïc 1 bieân baèng moät trong caùc boä loïc IF ñaõ xeùt. Ñeå naâng cao dung löôïng thoâng tin, gheùp keânh SSB theo taàn soá:
LSB
USB
Ñieàu cheácaân baèng
Ñieàu cheácaân baèng
+ 2
1
2
m1(t)
m2(t)
f08 Pilot
1
LSB USB
ff08
Hình 8.31. Taïo tín heäu SSB hai keânh
Thöïc hieän ñoåi taàn caân baèng moät hoaëc hai laàn, loïc moät bieân roài khuyeách ñaïi tuyeán tính thöïc hieän thoâng tin SSB ôû taàn soá caàn thieát.
- Caùc maïch ñieàu cheá caân baèng (ñoåi taàn caân baèng) duøng diod hay maïch nhaân tuyeán tính ñeàu taïo tín hieäu hai bieân trieät soùng mang.
41
8.7.2 Phöông phaùp xoay pha(phase method)
Ñieàu cheácaân baèng
1
xoay pha900
xoay pha900
Ñieàu cheácaân baèng
2
+
m(t) = Vmcosmt
v0 = V0cos0t
V1
V2
SSBout put
Hình 8.32. Phöông phaùp xoay pha taïo SSB
42
Ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng 1 coù tín hieäu:
])cos()[cos(2
coscos1 ttVV
ttVVV momoom
oomm
Boä xoay pha 900 bieán ñoåi cos thaønh sin do ñoù ngoõ ra boä ñieàu cheá caân baèng 2 coù :
Ngoõ ra boä coäng coøn laïi tín hieäu bieân döôùi SSB VoVmcos(o- m)t
Boä xoay pha 900 RC:
])cos()[cos(2
sin.sin2 ttVV
tVtVV momoo
oomm
v0= V0cos0tC2
C1
R1
R2
+450 -450
900
Hình 8.33. Boä xoay pha 900
43
R1C1 xoay pha -45; R2C2 xoay +450..Toång xoay pha laø 900. Moät kieåu maïch xoay pha laø 900. Moät kieåu maïch xoay pha 900 daûi roämg cho taàn soá Audio.
Audiom(t) To balanced
mod2
To balancedmod1
Hình 8.34. Boä xoay pha 900 tín hieäu (0,3 3,4) KHz.
8.7.3 ”Phöông phaùp thöù ba” taïo SSB
Phöông phaùp naøy do D.K Weaver ñeà xuaát 1950, töông töï phöông phaùp xoay pha ôû choã duøng caùc boä xoay pha vaø boä coäng loaïi bieân taàn khoâng caàn thieát.
44
x
900
Dao ñoäng0
x
LPF1
LPF2
x
RF oscc
900
x
0+900 wm
+
ÑCCB 1
0 + 900
c + 900
0
0
0 wm
c
c
c+900 - m ÑCCB 3c -0+m- 900
c +0-m+900
c +0-m+900
SSBout
ÑCCB 2 ÑCCB 4
c +0-m+900
c -0+m+900
Hình 8.35. Phöông phaùp thöù ba taïo SSB
45
Öu ñieåm: khoâng duøng boä xoay pha tín hieäu taàn thaáp (phöùc taïp, khoù thöïc hieän trong caû baêng thoâng )
Ngoõ ra boä coäng tuyeán tính coù tín hieäu ôû taàn soá:
(c+ o - m+900 )+(c- o +m-900
)
+ (c+ o - m+900 )+(c- o +m +900
)
(c+ o - m+900 ) + 0
Ñaây laø tín hieäu SSB ôû taàn soá hoaït ñoäng.
8.8 GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ DSB
Giaûi ñieàu cheá DSB laø quaù trình ngöôïc laïi ñieàu cheá DSB
DSB(input)m(t)
(output)
3
4
2
vC(t)
fc
T2v0(t)
T1
Hình 8.36
1
46
Dao ñoäng noäi vc(t) nhaát quaùn vôùi tín hieäu vaøo veà pha vaø taàn soá töùc laø taàn soá vaø pha dao ñoäng noäi baèng taàn soá vaø pha tín hieäu DSB.Tín hieäu giaûi ñieàu cheá DSB laáy ra ôû bieán aùp T1, qua boä loïc LPF loaïi tröø haøi vaø nhieãu coù taàn soá lôùn hôn Tmax.
Giaûi ñieàu cheá nhaát quaùn (coherent Detector) treân coù theå xem xeùt nhö quaù trình ñoåi taàn xuoáng coù taàn soá phaùch ôû daûi taàn tín hieäu baêng goác, sau ñoù duøng LPF ngoõ ra.
8.9 GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ SSB
x ~
IFSSB(200 KHz)
USB
LSB
Balanced Mix
LPFmA. cos(0+m)tcos0t
(200 KHz)
m(t) = Vmcosmt
Hình 8.37. Giaûi ñieàu cheá SSB
47
Tín hieäu thu SSB sau ñoåi taàn xuoáng IF qua boä loïc laáy bieân treân hoaëc bieân döôùi. Tín hieäu naøy nhaân vôùi dao ñoäng noäi o, qua boä loïc LPF coøn laïi thaønh phaàn taàn soá thaáp mAcosmt chính laø tín hieäu giaûi ñieàu cheá ñôn bieân Vmcos mt.
Caùc vi maïch giaûi ñieàu cheá caân baèng (ñieàu cheá caân baèng nhö MC 1596, LM 1496, NE 602).
8.10 MEÙO PHA TRONG GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ DSB, SSB
Giaûi ñieàu cheá DSB, SSB töôûng chöøng ñôn giaûn neáu phuïc hoài ñuùng taàn soá soùng mang, tuy nhieân neáu sai pha soùng mang phuïc hoài seõ daãn ñeán meùo khi giaûi ñieàu cheá (do toå hôïp AM-PM).
USB
LSBcarrier
carriera/ Pha DSB-SC b/ DSB-SC vôùi pha
soùng mang phuïc hoài ñuùngc/ DSB-SC vôùi pha soùng mang phuïc hoài sai
d/ Tín hieäu truyeàn ñi c/ Tín hieäu giaûi ñieàu cheá coù soùng mang phuïc hoài bò sai pha.
48
Moät kyõ thuaät giaûi quyeát vaán ñeà meùo pha giaûi ñieàu cheá SSB, DSB laø truyeàn moät phaàn soùng mang phuï goïi laø tín hieäu pilot ñeå maùy thu ñoàng boä taïo ñöôïc laïi soùng mang nhaát quaùn (cuøng taàn soá vaø pha ) cho giaûi ñieàu cheá khoâng bò meùo pha.Tín hieäu Pilot coù bieân ñoä khoâng ñoåi, ñoàng thôøi laøm AGC.
Moät kyõ thuaät khaùc duøng ñeå phuïc hoài soùng mang chính xaùc goïi laø costas loop.Trong ñoù thoâng tin veà tín hieäu giaûi ñieàu cheá ñöôïc duøng ñeå kieåm soaùt taàn soá vaø pha cuûa tín hieäu dao ñoäng noäi.8.11 GHEÙP KEÂNH THEO TAÀN SOÁ TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN THOAÏI (FDM)
FDM (Frequency Diviion Multiplexing) gheùp keânh theo taàn soá, töùc laø truyeàn ñoàng thôøi nhieàu keânh treân caùc caùc soùng mang khaùc nhau. Ví duï truyeàn hình caùp, truyeàn hình quaûng baù, thoâng tin vaø vi ba thoaïi v.v…
FDM thöïc chaát laø kyõ thuaät SSB-SC truyeàn ñoàng thôøi nhieàu tín hieäu baêng heïp trong moät keânh truyeàn daãn baêng roäng. Caùc keânh baêng heïp ñöôïc phaân keânh theo taàn soá khoâng choàng laán nhau, nhôø caùc soùng mang phuï khaùc nhau, caùc boä loïc BPF.
49
Bal ModBPF LSB
BPFO,33,4 x
BPF
x +
BPF
x
x
x
x
+ x
x
x
+
1
2
12
KHZ108 KHZ
Bal ModBPFLSB
104 KHZ
Bal ModBPFLSB
64 KHZsub carrier
1 nhoùm 12 keânh caáp 1-FDM
1
2
5
12 keânh thoaïiB = 48 KHZ BPF
LSB
612 KHZ
564 KHZ
420 KHZ5 nhoùm caáp 1 = 60 keânh= 1 sieâu nhoùm FDM caáp 2
60 keânh thoaïiB = 240 KHZ
3396 KHZ
3148 KHZ
1116 KHZ
600 keânh thoaïiB = 2520 KHZ
(U 600)
10 sieâu nhoùm = 1 nhoùm chuûFDM caáp 3
Hình 8.40.
50
Moãi caáp FDM coù tín hieäu pilot ñeå ñoàng boä vaø giaûi ñieàu cheá taùch keânh cho maùy thu.
Gheùp 6 nhoùm chuû taïo thaønh nhoùm ñaïi
Dao ñoäng chuaån cuûa caùc heä thoáng naøy coù ñoä baát oån ñònh taàn soá 10-10 theo tieâu chuaån CCITT. Ngoaøi FDM coøn coù gheùp keânh theo thôøi gian TDM (Time division Multiplexing) duøng trong thoâng tin xung soá.
8.12 GHEÙP KEÂNH CAÀU PHÖÔNG (QUADRATURE MULTIPLEXING -QM)
Moät kyõ thuaät khaùc truyeàn 2 keânh tin töùc baèng 1 soùng mang sao cho nôi thu coù theå taùch bieät nhaän laïi ñöïôc goïi laø gheùp keânh caàu phöông QM.
Hai keânh tin töùc ñöôïc ñieàu cheá rieâng bieät baèng 1 taàn soá soùng mang nhöng khaùc nhau veà pha soùng mang 900. Töùc laø taàn soá soùng mang coù cuøng taàn soá nhöng leäch pha 900 (Quadrature phase)
m1(t) sinctx BPF
-900
x BPF
carrier
m1(t)
m2(t)
DSB - SC
DSB - SC
m2(t) cosct
VQM = m1(t) sinct + m2(t) cosct
Hình 8.41
cosc
t
51
Tín hieäu ñieàu cheá m1(t) , m2(t) ñöôïc ñieàu cheá caân baèng bôûi sin ct vaø cos ct. Sau ñoù loïc loaïi thaønh phaàn phi tuyeán, coäng tuyeán tính hai tín hieäu, ta coù gheùp keânh caàu phöông QM gôûi ñi.
x LPF
-900
x LPF
2cosct
A
Mix Q
Mix I
2sinct
U
OSC
Ñoàng boä c cuûa Tx
outoff ôû wc
outoff ôû c
vQ(t) = m1(t)
v1(t) = m2(t)
vQM = m1(t)sinwct+ m2(t)coswct
Hình 8.42
52
Tín hieäu vQM laø toång hai tín hieäu DSB -SC gheùp keânh caàu phöông tôùi maùy thu (Rx) treân cuøng taàn soá. Phöông phaùp naøy duøng trong truyeàn hình maøu. Tín hieäu maøu ñöôïc gôûi ñi nhö Vector, xaùc ñònh bôûi bieân ñoä vaø cöïc tính cuûa soùng mang caàu phöông taïi taàn soá 3.58MHz.
Ví duï: tín hieäu coù pha soùng mang vôùi bieân ñoä -0,44VI.Trong ñoù VI -ñieän aùp cöïc ñaïi soùng mang cöïc tính döông.Thaønh phaàn caàu phöông soùng mang coù bieân ñoä -0,9VQ. Boä giaûi ñieàu cheá TV nhaän daïng tín hieäu maøu xanh.
Hai tín hieäu DSB-SC tröïc giao coù theå ñöôïc taùch bieät ôû maùy thu.
Giaû söû dao ñoäng noäi ñöôïc ñoàng boä vôùi tín hieäu tôùi, coù taàn soá chính xaùc vLo=2cosct.
Ngoõ vaøo boä Mix Q coù taàn soá dao ñoäng noäi vLoq=2 sinct, coøn ôû boä Mix I laø
vLoq.vQM=2 sinct[m1(t) sinct +m2(t) cosct]= m1(t) - m1(t) cos2ct +m2(t)
sin2ct.
Qua LPF taàn soá caét c , ta coù vQ(t)= m1(t)
Töông töï ngoõ ra nhaùnh Mix I coù vT(t)= m2(t)
Löu yù quan troïng: caàn phaûi ñoàng boä chính xaùc soùng mang ôû Rx cho giaûi ñieàu cheá chính xaùc.
53
8.13 ÑOÀNG BOÄ SOÙNG MANG
Trong SSB-SC FDM thoaïi nhieàu keânh, DSB-SC tín hieäu maøu TV, gheùp keânh stereo FM, truyeàn thoâng tin soá (BPSK, QPSK, QAM v.v...) yeâu caàu coù ñöôïc tín hieäu dao ñoäng noäi nhaát quaùn (coherent). Nhaát quaùn coù nghóa laø chính xaùc taàn soá vaø haàu nhö chính xaùc veà pha (sai pha raát nhoû khoâng ñaùng keå ). Khi tín hieäu pilot ñöôïc gôûi ñeán (trong thoaïi nhieàu keânh, hay pilot 19KHz FM stereo, tín hieäu maøu TV) PLL seõ khoaù pha(ñoàng boä) vôùi pilot.
Hình 8.43
x
900
x
VCO
V0=k2e
2cos(ct+e)x
VBB-PD
m1(t) = vQ(t)
m2(t) = vI(t)
(Baseband)Phase detector
54
Voøng costas bao goàm BFO (beat- Frequency OSC) ñoàng boä cho giaûi ñieàu cheá caùc kieåu ñieàu cheá trieät soùng mang. Heä thoáng hoã trôï cho VCO ñoàng boä ôû soùng mang c. Moät khi taàn soá dao ñoäng noäi baèng taàn soá soùng mang bò trieät cuûa tín hieäu gôûi ñeán, tín hieäu ngoõ ra vQ(t) vaø vI(t) tôùi boä taùch soùng pha. Ngoõ ra cuûa noù coù ñieän aùp vBB-PD tyû leä vôùi sai pha cuûa dao ñoäng noäi ñöa ñeán ñieàu khieån pha töùc laø taàn soá cuûa dao ñoäng noäi. Keát quaû soùng mang ñöôïc phuïc hoài.Voøng ñieàu khieån treân goïi laø voøng costas, moät daïng ñaëc bieât PLL.
Giaû söû VCO ñoàng boä ñöôïc soùng mang bò trieät cuûa tín hieäu gôûi ñeán = c sai pha
raát nhoû e giöõa hai taàn soá treân (Lo vaø c),ta coù:
vLoq.vQM =m1(t).[cos(c- c )t+ e ] - m2(t) [cos(c + c )t + e ]+ m2(t)
sin(c - c )t + e + m2(t) sin(c + c )t + e ]
=m1(t).cos e - m1(t).cos (2 c +e)+ m2(t) sin e + m2(t)
sin (2 c +e)
Khi ñoù vQ(t)= m1(t).cos e
vI(t)= m2(t) sin e
ngoõ ra bò taùch soùng pha hai tín hieäu baêng goác
VBB-PD = vQ(t) .vI(t)= m1(t). m2(t).cosesine
LO
e
eeee
tmtm
tmtm
2sin)()(2
1
)]sin()[sin(2
)()(
21
21
55
Boä loïc LPF ñöôïc aán ñònh tröôùc VCO coù taàn soá caét raát thaáp, sao cho ñieän aùp DC trung bình giöõ cho VCO ñoàng boä ñöôïc soùng mang.
Moät caùch gaàn ñuùng V0 k2e
8.14 SO SAÙNH TYÛ SOÁ :
Tyû soá coâng suaát tín hieäu treân nhieãu ngoõ vaøo maùy thu SSB.
VS,Vn ñieän aùp tín hieäu vaø nhieãu ngoõ vaøo maùy thu SSB
B-Baêng thoâng tín hieäu SSB
PT-coâng suaát phaùt SSB
Pn=K.T.B coâng suaát nhieãu
NR=Noise Ratio cuûa maùy thu
Coâng suaát tín hieäu AM:
etto mmV 2sin.2
1)(2)(1
N
S
N
S
BTKNR
P
VNR
V
N
S T
n
S
SSB .... 2
2
21
21
21
2
1
TB
TBT
TBTTB
m
PP
mPP hay
56
Baêng thoâng AM; BAM =2BSSB; P1T = Pc -coâng suaát soùng mang.
Tín hieäu ra sau boä giaûi ñieàu cheá AM tyû leä vôùi mA.V1max trong ñoù V1max laø ñieän aùp AM cöïc ñaïi tyû leä vôùi
Vôùi heä soá nhieãu maùy thu nhö nhau, coâng suaát phaùt SSB laø PT baèng coâng suaát phaùt AM:PTB ta coù :
Giaû söû mA =1 (ñieàu cheá AM 100%), tyû soá töùc laø chaát löôïng thu SSB caûi
thieän toát hôn AM ôû ñieàu kieän treân.
BTkm
NR
Pm
BTkNR
Pm
VNR
Vm
N
S
P
A
TBATA
n
A
AM
T
2.2
1.2... 2
21
2
2
2max1
1
2
21
A
AM
SSB
mNSNS
3
AM
SSB
NSNS
57
Ñoâi khi vieäc so saùnh theo coâng suaát ñænh cuûa taàn cuoái maùy phaùt. Vôùi mAM=1; ñieän aùp cöïc ñaïi ôû collector cuûa ñieàu cheá AM - collector taàng cuoái laø Vcmax 4Vcc , trong khi ñoù ôû khuyeách ñaïi SSB coù Vcmax 2Vcc (cheá ñoä B,C). Ñeå coù cuøng bieân ñoä ñieän aùp xoay chieàu nhö nhau thì bieân ñoä cao taàn cuûa SSB taêng gaáp ñoâi. Coù nghóa laø bieân ñoä ñieän aùp tín hieäu ngoõ vaøo maùy thu SSB laø Vs taêng gaáp ñoâi so vôùi V1max cuûa AM hay coâng suaát ra taêng 4 laàn.
Coâng suaát nhieãu AM gaáp ñoâi so vôùi SSB do ñoù tyû soá hay 9dB.
8
AM
SSB
NSNS
58
ÑIEÀU CHEÁ - GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ GOÙC FM - PM8.15 PHAÂN TÍCH TÍN HIEÄU FM - PM
Tín hieäu soùng mang cao taàn khi chöa bò ñieàu cheá laø ñôn haøi, xaùc ñònh bôûi:
i = Icos(ct + 0) = Icos(t)v = Vcos(ct + 0) = Vcos(t)
(t) = ct + 0 ; c - taàn soá soùng mang; 0 - pha ban ñaàu.(t) - pha töùc thôøi cuûa dao ñoäng cao taàn, xaùc ñònh traïng
thaùi cuûa tín hieäu taïi thôøi ñieåm t.Neáu tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp m(t) = Vmcosmt laøm
thay ñoåi pha töùc thôøi, - ta coù ñieàu cheá goùc. Trong ñieàu cheá goùc bieân ñoä soùng mang coi nhö khoâng ñoåi, coù hai tröôøng hôïp:1) m(t) laøm thay ñoåi taàn soá 0 - ta coù ñieàu cheá taàn soá FM (Frequency Modulation)
2) m(t) laøm thay ñoåi pha ban ñaàu 0 - ta coù ñieàu cheá pha PM (Phase Modulation)Giöõa taàn soá vaø pha coù quan heä:
dt
dt
d
tt
tt
)()(
)()(
Bieát söï bieán thieân cuûa pha, xaùc ñònh söï thay ñoåi taàn soá vaø ngöôïc laïi.
59
Daïng toång quaùt dao ñoäng cao taàn:
dtωVθVv (t)(t) coscos
Ñeå ñôn giaûn phaân tích, cho m(t) = Vmcosmt vaø pha ban ñaàu soùng mang 0 = 0. Tín hieäuFM vaø PM coù daïng nhö sau:
v = Vcos[0t + msinmt]m - chæ soá ñieàu cheá, bieåu thò moái quan heä giöõa bieân ñoä tín hieäu ñieàu cheá vm vôùi thoâng soá soùng mang cao taàn bieán ñoåi tyû leä vaø xaùc ñònh phaân boá coâng suaát. 0 - taàn soá soùng mang trung taâm; m - taàn soá tín hieäu ñieàu cheá. Ñieàu cheá pha PM: neáu chæ soá ñieàu cheá m tyû leä vôùi bieân ñoä vm
Ñieàu cheá taàn soá FM: neáu tyû leä vôùi m
m
ω
v
Do ñoù: ñoái vôùi PM: mp = kpvm =
Δωω
Δω
ω~vhay
v.km m
mm
mff ñoái vôùi FM:
kp,f - heä soá tyû leä; ñoä leäch pha hay chæ soá ñieàu cheá PM; - ñoä di taàn.
60
Xeùt PM: Luaät bieán ñoåi pha ban ñaàu cuûa PM coù daïng:(t)=sinmt
ñaëc tröng cho söï leäch pha cuûa (t) so vôùi pha ban ñaàu khi khoâng ñieàu cheá. Noù () tyû leä vôùi vm
Doøng cao taàn vaø taàn soá töùc thôøi cuûa (t) so vôùi pha ban ñaàu khi khoâng ñieàu cheá. Noù () tyû leä vôùi vm
Doøng cao taàn vaø taàn soá töùc thôøi cuûa PM coù daïng:vpm=Vcos(ct+ sinmt) = Vcos(ct + mpsinmt)
ct dt
d (t)θ)(
+ . mcosmt= c+ .cosmt
= . m ñoä dòch taàn PM.
Ñoä dòch taàn PM phuï thuoäc vaøo bieân ñoä tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp vm vaø taàn soá m
Xeùt FM :Doøng cao taàn FM:
tsinVcosv
t)sinmtVcos(v
mm
cFM
mfcFM
ωω
Δωω
ωω
61
pha ñaày ñuû cuûa tín hieäu FM:
tsin m
mc ω
ω
Δωωθ(t) t
Taàn soá töùc thôøi FM: tcosdt
dmc
(t)(t) ωΔωω
θω
ñoä di taàn FM tyû leä vôùi vm
Nhaän xeùt: Giöõa FM vaø PM coù söï töông ñoàng. ÔÛ FM ñoä di taàn tyû leä vôùi vm maø khoâng phuï thuoäc vaøo m. ÔÛ PM ñoä di pha tyû leä vôùi vm khoâng phuï thuoäc m. Döïa treân tính chaát naøy coù theå bieán ñoåi töø loaïi ñieàu cheá FM sang PM, hay PM sang FM. Ví duï töø PM sang FM baèng caùch cho tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp (vmcos mt) qua boä LPF (Boä tích phaân) ôû ngoõ vaøo boä PM kieåu:
V1 RC
V2
thoûa ñieàu kieän R >> Cm
1
Ñieän aùp ra v2 tyû leä vôùi vaø heä soá ñieàu cheá PM laø: mω
1
62
.ω
Δ
m
m
Ñoä doác boä söûa daïng 6 dB/octave
Töø nhaän xeùt treân, ta coù theå coù ñieàu taàn vaø ñieàu pha giaùn tieáp hay tröïc tieáp.
FM(VCO)
FM PM
dtm(t)
PMm(t)
PMFM
(dt)
PM
m(t)
m(t) = Vmcosmt (t) = C + cosmt
FM
tsinV
kt mm
mC ω
ωωθ(t)
tsinV
mm
m ωω
a)
tsinωkVωω mmC tsinωVω mmm
b)
c)d)
Hình 8.44a) FM tröïc tieáp b) FM giaùn tieáp c) PM giaùn tieáp d) PM tröïc tieáp
63
Phoå FM raát khaùc bieät so vôùi AM. Khi chæ soá ñieàu cheá nhoû (mf < . 25) ta coù FM daûi heïp NBFM (narrowband FM) goàm soùng mang vaø hai bieân töông töï AM. Khi mf taêng, bieân ñoä soùng mang (coøn goïi laø thaønh phaàn trung taâm) giaûm. Phoå tín hieäu ñieàu cheá goùc (PM, FM) khi ñieàu cheá ñôn aâm gioáng nhau:
vFM = V.cos(ct + mfsinmt); trong ñoù m = 2Fm Do cos(a + b) = cos(b + a) = cosacosb - sinasinb
vFM = {[cos(mfsinmt)]cosct - [sin(mfsinmt)]sinct}
8.16. BIEÂN TAÀN VAØ PHOÅ FM :
Boä söûa daïng laøm giaûm bieân ñoä tín hieäu ñieàu cheá phía taàn soá cao coøn goïi laø boä tích phaân (boä naâng möùc bieân ñoä phía taàn soá cao - boä vi phaân) FM töông töï cho chaát löôïng cao, deã thöïc hieän hôn PM, duøng phoå bieán trong thöïc teá. PM thöôøng duøng ôû daïng FM giaùn tieáp trong thoâng tin thoaïi. Trong ñieàu cheá soá, caùc daïng ñieàu cheá pha (BPSK, DPSK, QPSK v.v…) öu vieät hôn ñieàu taàn (FSK).
soùng mang trung taâm
bieân taàn
Xeùt FM daûi heïp (NBFM : mf < . 25) Neáu ñoä di taàn nhoû (mf < . 25) , cos =1;sin = , ta coù: vNBFM = V[cosct -mf sinmt.sinct]
64
Xeùt FM daûi roäng (WBFM :wideband FM mf >.25) goàm thaønh phaàn taàn soá soùng mang vaø caùc thaønh phaàn bieân c n m vôùi n=1,2,3,…
Bieân ñoä cuûa chuùng tyû leä vôùi haøm Bessel loaïi 1 baäc n
...])2cos()2cos()cos()cos(cos[
])cos()1()[cos(cos
)(2)(2)(1)(1)(
1)()(
tJtJtJtJtJV
tntnJtJVv
mcmmcmmcmmcmcmo
mcn
mcn
mncmoFM
fffff
ff
...
)!3(!3
)(
)!2(!2
)(
)!1(!1
)(
!
1
2
)( 62/
42/
22/
)( n
m
n
m
n
m
n
mJ fff
nf
mn f
])cos()[cos(2
.sin.sin. tt
mVttmV mcmo
fmof Phoå
bieán NBFM
goàm soùng mang vaø hai bieân töông töï AM.
65
-0.4-0.3-0.2
-0.1
0
+0.1+0.2+0.3
+0.4
+0.5+0.6
+0.7+0.8
+0.9
+1.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
J0(m)
J1(m)J2(m) J3(m)
J4(m)J5(m) J6(m) J7(m) J8(m)
Val
ue o
f Jn(
mf)
Modulation index (mf)
Hình 8.45
66
mf J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9J10 J11 J12 J13 J14
0.00
0.25
0.5
1.0
1.5
2.0
2.4
2.5
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
1.00
0.98
0.94
0.77
0.51
0.22
0
-0.05
-0.26
-0.40
-0.18
0.15
0.30
0.17
-0.09
-0.25
_
0.12
0.24
0.44
0.56
0.58
0.52
0.50
0.34
-0.07
-0.33
-0.28
0.00
0.23
0.25
0.05
_
_
0.03
0.11
0.23
0.35
0.43
0.45
0.49
0.36
0.05
-0.24
-0.30
-0.11
0.14
0.25
_
_
_
0.02
0.06
0.13
0.20
0.22
0.31
0.43
0.36
0.11
-0.17
-0.29
-0.18
0.06
_
_
_
_
0.01
0.03
0.06
0.07
0.13
0.28
0.39
0.36
0.16
-0.10
-0.18
0.06
_
_
_
_
_
_
0.010.03
0.01
0.06
0.03
0.12
0.06
0.03
0.21
0.12
0.06
0.02
0.29
0.21
0.13
0.06
0.02
0.13
0.06
0.02
0.22
0.31
0.320.22
0.33
0.32
0.23
0.13
0.05
0.02
0.01
0.01
0.05
0.13
0.25
0.34
0.34
0.20
-0.01
0.02
0.02
0.04
0.13
0.26
0.36
0.35
0.19
-0.06
-0.23
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
__
_
_
_
_
_
_
_
_
__
_
_
_
_
_
_
_
_
_
__
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
Bessel Functions of the First Kind, Jn(mf)
67
Khaùc vôùi AM ( coâng suaát PAM thay ñoåi theo tín hieäu ñieàu cheá ), coâng suaát tín hieäu FM khoâng ñoåi ( sai soá khoâng ñaùng keå )
;...;
...3,2,1;
)(22)(11
)(
ff
f
mPKmPK
mnnPK
VJVVJV
nVJV
Hình 8.46
.12
.98 mf = .25
.12
fc fc fc
mf = 2 mf = 2.4
Pha caùc thaønh phaàn phoå baèng 0 hoaëc . Giaù trò cöïc ñaïi jn
giaûm khi mf taêng. Vôùi FM daûi heïp (mf 25 ), phoå NBFM goàm soùng mang coù bieän ñoä giaûm 2% vaø 2 bieân töông töï AM. Trong FM daûi roäng (mf >25), phoå FM goàm nhieàu thaønh phaàn 2 bieân caùch nhau Fm vôùi bieân ñoä VnPK =VJn . Phoå FM ñieàu cheá ñôn aâm Fm vôùi caùc mf :
(mf)
Bieân ñoä ñieän aùp caùc thaønh phaàn bieân khi coù ñieàu cheá :
Khi mf =0 ( khoâng coù ñieàu cheá ), bieân ñoä ñieän aùp soùng mang : VcPK=Vjo(m = 0)=V vì jo(m = 0)=1
f f
...
)!3(!3
)(
)!2(!2
)(
)!1(!1
)(
!
1
2
)( 62/
42/
22/
)( n
m
n
m
n
m
n
mJ fff
nf
mn f
68
Neáu Fm= const, ñoä di taàn caøng taêng khi bieân ñoä tín hieäu ñieàu cheá taêng, mf taêng, baêng thoâng FM yeâu caàu taêng.
Haøm Bessell vaø ñieàu cheá goùc:
- Haøm phaân boá ñoåi daáu, giaù trò cöïc ñaïi giaûm khi heä soá ñieàu cheá taêng vaø n taêng.
- Taïi m = 2,4; 5,5; 8,6 coù Jo(m)= 0. Töùc laø thaønh phaàn taàn soá khoâng toàn taïi trong phoå tín hieäu ñieàu cheá goùc. Do ñoù o goïi laø taàn soá soùng mang trung taâm chöù khoâng nhö taàn soá soùng mang AM coù bieân ñoä khoâng ñoåi. Tuy nhieân trong nhieàu taøi lieäu vaãn goïi o laø taàn soá soùng mang.- Toång coâng suaát tín hieäu ñieàu cheá goùc khoâng ñoåi nhöng coâng suaát phoå bieân thay ñoåi theo m.- , trong ñoù ñoä di taàn f tyû leä vôùi Vm, caùc giaù trò mf =2,4; 5,5; 8,6 taïi
ñoù Jo(m)= 0 laø ngaãu nhieân khoâng coù quyeàn löïa choïn.
mf F
fm
)0()(
2)(
2)(2
2)(1
2)(
)(
%1
12...22(
ff
ffff
f
momx
mxmmmo
C
mFM
JJ
JJJJP
P
ñoùtrong
0)mcheáñieàukhoâng (t)
69
Toång coâng suaát cao taàn tín hieäu ñieàu cheá goùc khoâng ñoåi, baèng coâng suaát soùng mang khi khoâng coù ñieàu cheá. Veà lyù thuyeát ñoä roäng baêng thoâng cao taàn tín hieäu FM-PM voâ cuøng lôùn, tuy nhieân thöïc teá quy ñònh giôùi haïn baêng thoâng FM, PM ñeán thaønh phaàn phoå bieán
Goïi V laø bieân ñoä ñoä soùng mang FM khoâng ñieàu cheá treân taûi R, ta coù
coâng suaát soùng mang.
Coâng suaát FM khi coù ñieàu cheá:
99% naêng löôïng cao taàn taäp trung trong baêng thoâng FM. Baêng thoâng naøy tính theo coâng thöùc:
.01. )()( omomn ffJJ
TotalmC PR
VP
f 2
2
)0(
]2...22[ 2)(
2)(2
2)(1
2)()0()( ffffff mnmmmomCm JJJJPP FM
)f2( hoaëc)FM mffm FmmFB 1(2
Fm -taàn soá tín hieâu ñieàu cheá taàn thaáp baêng goác mf -heä soá ñieàu cheá FM Baêng thoâng 3dB cuûa maïch cao taàn phaûi lôùn hôn baêng thoâng tính theo coâng thöùc treân ñeå khoâng meùo.
8.17 BAÊNG THOÂNG FM VAØ COÂNG SUAÁT
Taïi caùc giaù trò ñoù, coâng suaát phoå bieân laø cöïc ñaïi baèng coâng suaát soùng mang khi chöa ñieàu cheá.
70
FM daûi heïp (NBFM) duøng trong thoâng tin loaïi FM vôùi ñoä di taàn (515)KHz.
FM daûi roäng coù tính choáng nhieãu cao duøng trong phaùt thanh FM Stereo, tieáng TV, vi ba, truyeàn hình veä tinh. Theo FCC, ñoä di taàn cöïc ñaïi FM phaùt thanh vaø tieáng TV laø 75 KHz.
Ví duï: Ñoä di taàn cöïc ñaïi aâm thanh TV 75 KHz, baêng thoâng aâm thanh TV (30Hz 15KHz)
1.f=75KHz; Fm=0,1KHz
BFM=2(75+0,1)=150KHz
2. f=75KHz; Fm=1KHz
BFM=2(75+1)=152KHz
3. f=75KHz; Fm=10KHz
BFM=2(75+10)=170KHz Vaäy taàn soá tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp thay ñoåi töø (0,1 10)KHz, baêng thoâng thay ñoåi nhoû töø 150 tôùi 170 KHz. Ñieàu naøy lyù giaûi taïi sao FM ñoâi khi ñöôïc quy veà heä thoáng coù baêng thoâng khoâng ñoåi.
Trong FM duøng boä söûa daïng naâng möùc bieân ñoä phía taàn soá cao tín hieäu ñieàu cheá m neân ñoä di taàn cöïc ñaïi coù theå xuaát hieän ôû taàn soá Max(Max=2FMax). Tính choáng nhieãu FM coù tính trieät nhieãu bieân ñoä vì tin töùc ñöôïc loàng trong trong söï bieán thieân taàn soá .Nhieãu bieân ñoä bò xeùn ôû boä khuyeách ñaïi haïn bieân tröôùc khi tröôùc khi giaûi ñieàu cheá FM trong maùy thu: Maët khaùc nhieãu khoâng mong muoán coù taàn soá keà caän tín hieäu mong muoán duø bò xeùn vaãn loït vaøo baêng thoâng maùy thu, gaây ñieàu cheá pha kyù sinh. Ñoä di taàn kyù sinh do ñieàu cheá pha kyù sinh laø f = o.Fmax; trong ñoù laø ñoä dòch pha kyù sinh (radian). Khaûo saùt tyû soá ñieän aùp tín hieäu treân
nhieãu taïo ñoä xoay pha kyù sinh laø = hay 0,52 rad.
2vv
n
s 01 30sin
s
n
v
v
Ñoä di taàn kyù sinh f = 0,52. 15 KHz = 7,5 KHz ôû taàn soá FMax = 15 KHz. Tieâu chuaån FM phaùt thanh coù ñoä di taàn cöïc ñaïi fMax = 75 KHz vôùi Fmax = 15 KHz do ñoù tyû soá ñoä di taàn sai leäch do nhieãu ñieàu cheá pha kyù sinh so vôùi khoâng nhieãu laø
. Töùc laø tyû soá ñieän aùp tín hieäu treân nhieãu ngoõ vaøo laø 2/1 thì tyû soá ñieän aùp tín
hieäu treân nhieãu ngoõ ra phaàn cao taàn FM laø 10/1. Vaäy FM coù khaû naêng voâ hieäu hoùa aûnh höôûng cuûa nhieãu, trong khi ôû AM tyû soá naøy khoâng ñoåi ôû ngoõ vaøo laãn ngoõ ra. Thoâng tin FM coù tín choáng nhieãu cao, deã thöïc hieän coù chaát löôïng duøng phoå bieán ôû heä thoáng thoâng tin ñieàu cheá töông töï.
101
75KHz7,5Khz
8.18 HIEÄU ÖÙNG BAÉT FM Hieäu öùng baét ñöôïc hieåu nhö maùy thu FM seõ khoùa
(ñoàng boä) tín hieäu maïnh vaø neùn tín hieäu yeáu ôû cuøng taàn soá. Nhö vaäy ngoaøi tính choáng nhieãu ñaõ xeùt ôû phaàn tröôùc FM coøn coù hieäu quaû trieät tín hieäu nhieãu yeáu khoâng mong muoán truøng taàn soá ôû daïng tín hieäu giao thoa hoaëc tín hieäu töø nguoàn khaùc. Tyû soá baét laø 1dB nghóa laø loaïi tín hieäu khaùc nhoû hôn 1dB. Ñieàu naøy khoâng xaûy ra ñoái vôùi AM. Ôû AM nhaän ñoàng thôøi caû tín hieäu mong muoán vaø khoâng mong muoán truøng taàn soá.
Hình 8.47
10
20
30
40
50
dB
10 20 30dB
FMThreshold
mFM = 5
mFM = 1
SSB
AM
FM
S/N
Sau g
iaûi ñie
àu c
heá F
M
S/N Tröôùc giaûi ñieàu cheá FM
Töø ñoà thò ta thaáy tröôùc vaø sau giaûi ñieàu cheá AM, SSB tuyeán tính.NS
Tuy nhieân tyû soá naøy ôû ngoõ ra nhoû hôn ngoõ vaøo do coâng suaát soùng mang khoâng taûi tin lôùn, voâ ích. Trong khi ôû FM vôùi m lôùn hôn 1 coâng suaát phoå bieân taêng leân, coâng suaát thaønh
phaàn trung taâm giaûm, caûi thieän ñaùng keå tyû soá Hieäu quaû söû duïng coâng suaát FM toát hôn
AM. Ñieåm ngöôõng laø ñieåm taïi ñoù tyû soá tröôùc vaø sau giaûi ñieàu cheá FM khoâng coøn
tuyeán tính. Khi tyû soá tröôùc giaûi ñieàu cheá FM nhoû hôn giaù trò ngöôõng (threshold) thì
sau giaûi ñieàu cheá giaûm nhanh.
Ñeå chaát löôïng thu FM toát, tyû soá tröôùc giaûi ñieàu cheá phaûi lôùn hôn giaù trò ngöôõng
trong moïi ñieàu kieän. Giaù trò naøy phuï thuoäc raát nhieàu yeáu toá nhö coâng suaát phaùt, ñoä lôïi anten thu - phaùt, baêng thoâng, heä soá ñieàu cheá mf, nhieãu maùy thu, suy hao moâi tröôøng truyeàn, v.v...
NS
NS
NS
NS
NS
8.19 PREEMPHASISTyû soá coâng suaát tín hieäu/nhieãu sau giaûi ñieàu cheá FM cho bôûi:
nm
c
2
mnm
c2f P2.F
P.
Ff
3..P2.F
P.3.m
NS
Δ
mf – heä soá ñieàu cheá Pc – coâng suaát soùng mang FM. (w) Pn – maät ñoä coâng suaát nhieãu (w/Hz) f – ñoä di taàn Fm – taàn soá tín hieäu ñieàu cheá. Tyû soá naøy phuï thuoäc heä soá ñieàu cheá mf, khoâng ñoàng ñeàu trong caû daûi taàn tín hieäu ñieàu cheá.17dB
3dB0dB
-3dB
-17dB
30Hz 500Hz 21200Hz15000HzHình: 8.48 Ñaùp tuyeán Preemphasis – deemphasis FM phaùt thanh
Ñeå const trong caû daûi, lôùn hôn möùc ngöôõng, thöïc hieän naâng möùc bieân ñoä phía taàn soá cao (Preemphasis) tröôùc khi ñieàu taàn gôûi ñi. Nôi thu sau boä giaûi ñieàu cheá coù boä giaûm möùc bieân ñoä phía taàn soá cao (Deemphasis) ñeå tín hieäu ra trung thöïc. Ñaùp tuyeán naâng giaûm töø 500Hz ñeán 15KHz. Ñieåm naâng giaûm 3dB taïi 2120Hz. Xaùc ñònh bôûi thôøi haèng maïch RC baèng 75s (coù chuaån 50 s)
NS
2120Hzs.752
1RC21
f1 μππ
V1
R
CR1
V2
R
V1 75KC
1n
V2
a) b)
Hình a) Maïch Preemphasis b) Deemphasis
Söï giaûm nhieãu trung bình xaùc ñònh bôûi tyû soá dieän tích phoå coâng suaát ra coù vaø khoâng coù deemphasis.
Ñoä lôïi deemphasis caûi thieän =
trong ñoù B - baêng thoâng Audio.Ví duï B = 15KHz, f1 = 2,1KHz, ñoä lôïi caûi thieän deemphasis
laø 12,3 dB
2
1fB
31
8.20 ÑIEÀU CHEÁ PHA (PHASE MODULATION - PM) VAØ PM DAÛI ROÄNG PM - moät daïng ñieàu cheá goùc quan troïng duøng trong thoâng tin FM giaùn tieáp giaûi heïp, thoâng tin veä tinh, thoâng tin vuõ truï bôûi vì tính choáng nhieãu cuûa PM vaø FM toát hôn AM, tuy nhieân maïch PM deã thöïc hieän töø VCXO coù ñoä oån ñònh taàn soá cao.
VCO taïo FM coù ñoä di taàn cao, chæ soá ñieàu cheá lôùn, nhöng taàn soá soùng mang bò troâi. Ñoä oån ñònh taàn soá soùng mang laø moät tieâu chuaån raát quan troïng maø PM deã daøng thöïc hieän. FM giaùn tieáp qua PM coù ñoä oån ñònh taàn soá soùng mang cao. Ñieàu cheá pha soá PSK (phase shift key) duøng trong thoâng tin soá. ÔÛ ñieàu cheá pha PM, taàn soá soùng mang cao taàn khoâng ñoåi, pha soùng mang cao taàn bieán ñoåi tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá. Tín hieäu PM coù daïng:
vPM =Vcos[ct + kpm(t)]=Vcos[ct + (t)]
m(t) - tín hieäu ñieàu cheá baêng goác = vm cos 2Fmt
(t) = k.m(t) - pha tín hieäu cao taàn tyû leä vôùi vm
kp - haèng soá [rad/v] goïi laø ñoä nhaïy ñieàu cheá (Modulador sensi-tivity)
Giaû söû tín hieäu ñieàu cheá m(t) = vm cos 2Fmt. Ta coù tín hieäu PM:
vPM(t) = Vcos(2fct + kpvmcos2Fmt)=Vcos(2fct + PKcos2Fmt)
mp = PK = kp.vm - ñoä di pha PM hay chæ soá ñieàu cheá pha
vPM(t) = V cos(2fct + mpcos2Fmt)
Vôùi PM daûi heïp ( < 0,25) ta coù:
vNBPMt) = V cosct + V(mpcosmt)sinct soùng mang bieân
Sô ñoà khoái NBPM
osc
-900
X
+Vcosc
t
Vsinc
t
+
-DSB - SC
Bal Mod
m(t)Hình 8.49
8.21 PM DAÛI ROÄNG Maïch PM duøng 1 maïch ñieàu höôûng LC cho ñoä dòch pha tuyeán tính = m < .55 rad (31,50) nhoû. Trong khi chæ soá ñieàu cheá m caàn lôùn hôn 0.55 ñeå giaûm nhieãu (öu ñieåm cuûa ñieàu cheá goùc), duøng 2 hay 3 maïch ñieàu höôûng noái tieáp. Vieäc söû duïng maïch nhaân sau PM daûi heïp (m < .25) laøm taêng ñoä dòch pha, taïo PM daûi roäng (m > .25)
Vôùi chæ soá ñieàu cheá PM cho tröôùc, bieân toàn, phoå, töông quan coâng suaát cuûa PM vaø FM hoaøn toaøn nhö nhau. Löu yù raèng trong baûng haøm Bessell duøng ñuùng chæ soá ñieàu cheá cho PM hoaëc FM. Söï khaùc bieät veà phoå PM vaø FM coù theå phaân bieät khi taêng hoaëc giaûm taàn soá tín hieäu ñieàu cheá Fm. Phoå PM, mp = const khoâng phuï thuoäc Fm trong khi ôû FM,
tyû leä nghòch vôùi Fm.
m
cf F
Δfm
Vd
PMinput
fi Ref f0
D1
D2
R
R
C
C
Hình 8.50
8.22 GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ PM
Maïch giaûi ñieàu cheá pha töông töï coù daïng maïch caân baèng. Ñaây chính laø kieåu giaûi ñieàu cheá nhaát quaùn (coherent), fi vaø fo baèng nhau. Tín hieäu coù taàn soá f0 taét vaø daãn D1,2. Neáu fi fo, maïch hoaëc ñoäng nhö boä ñoåi taàn, taïo neân toå hôïp fi fo
Maïch LPF (RC) choïn loïc laáy thaønh phaàn ñieän aùp Vd cuûa phaùch hieäu (fi - fo )
Khi khoaù pha (ñoàng boä ) fi = fo, chæ coøn söï sai pha giöõa 2 tín hieäu fi vaø fo ñieän aùp ra vd tyû leä vôùi sai pha e=i -o
Maïch ñoåi taàn thöïc hieän haøm nhaân hai tín hieäu. Ñieän aùp ra:
vd=Vsin(it + i )2cos(ot + o )
= Vsin[(it + i ) - (ot + o)]+Vsin[(it + i ) + (ot + o)]
Khi khoaù pha o=i ; thaønh phaàn thöù 2 bò loaïi khoûi LPF, do ñoù: ,
vd=Vsin(i -o )=Vsine
Ñieän aùp naøy (Vd) tyû leä vôùi bieân ñoä tín hieäu vaøo fi vaø ñoä sai pha e. Neáu V=const, tacoù Vd tyû leä vôùi e. Vôùi e nhoû, haøm tuyeán ñaït boä taùch soùng pha tuyeán tính
-/2
/2
V
-V
Vd
e (rad)
Hình 8.51
PM vaø FM coù nhieàu ñieåm gioáng nhau, tuy nhieân söï löïa choïn kieåu ñieàu cheá naøo phuï thuoäc lòch söû phaùt trieån kyõ thuaät coâng ngheä. Ñoái vôùi caùc öùng duïng quaûng baù, PM coù nhöôïc ñieåm -ñoøi hoûi taùch soùng nhaát quaùn khoù thöïc hieän tröôùc ñaây khi coâng ngheä PLL chöa phaùt trieån. FM khoâng caàn taùch soùng nhaát quaùn do ñoù maùy thu ñôn giaûn, reû. Ngaøy nay coâng ngheä vi maïch hoaøn thieän IC PLL giaù reû, chaát löôïng, khoâng caàn bieán aùp hay maïch ñieàu höôûng LC cho taùch soùng pha vaø taàn soá.
Ñieàu khaùc bieät quan troïng giöõa PM vaø FM ôû heä soá ñieàu cheá :
Do PM coù mp=const, cho duø taàn soá tín hieäu ñieàu cheá thay ñoåi, neân tyû soá sau
giaûi ñieàu cheá toát hôn so vôùi FM vaø khoâng caàn maïch emphasis-deemphasis. Hôn nöaõ,
PM taïo ra töø dao ñoäng chuaån thaïch anh,ñoä oån ñònh taàn soá cao, soùng mang oån ñònh do ñoù thu oån ñònh, töùc laø baêng thoâng thu PM nhoû hôn so vôùi FM, nhieãu ít hôn, lôùn hôn trong cuøng ñieàu kieän.
Tuy nhieân FM coù öu ñieåm so vôùi PM ôû choã: FM-VCO coù theå cho chæ soá ñieàu cheá FM(mf) lôùn tröïc tieáp, trong khi ôû PM coù ñöôïc baèng caùch nhaân (giaùn tieáp).
;m
mf
mmf
pp
Vk
F
fm
Vmkm
N
S
N
S
8.23 SO SAÙNH PM VAØ FM
N
S
Tín hieäu ñieàu cheá qua boä tích phaân tröôùc khi ñeán PM. Ngoõ ra boä PM laø tín hieäu coù ñoä di taàn tyû leä vôùi Vm töùc laø FM.
Ví duï phöông phaùp Amstrong taïo FM töø PM cho chæ soá ñieàu cheá cao.
PM
FM : (t) = dt
dθ(t)
tsinV
kt mm
mf0 ω
ωωθ(t)
t.sinωω
Vm
m
m
tcosωVtcos2πVm mmmmt FHình 8.52
Maùy thu FM ñôn giaûn,reû hôn maùy thu PM. Phaùt thanh quaûng baù FM seõ toàn taïi khoâng bò thay theá baèng PM do quaù trình lòch söû toàn taïi ñeán nay. FM daûi roäng deã thöïc hieän hôn PM daûi roäng. Taàn soá trung taâm FM ñöôïc oån ñònh baèng PLL, AFC coù ñoä oån ñònh cao, tin caäy. 8.24 FM TÖØ PM
NBPM vaø FM coù m <.25. Ñeå coù m =5
caàn nhaân ít nhaát 20 laàn. Nhaân taàn soá nhaân caû ñoä di taàn,
cho FM daûi roäng (WBFM). Ñaây laø moät phöông phaùp coå ñieån
cuûa phaùt haønh FM quaûng baù.
5
15
75
KHz
KHz
F
fm
mf
X0 + xf Limiter
- 900
V . cosctWBFM
Bal Mod
Vsinc
t
NBFM
DSB - SC
m(t) = Vmcosmt
Hình 8.53
Quy ñònh FCC cho FM quaûng baù veà ñoä baát oån ñònh taàn soá: 2KHz. Chuaån naøy khoù thöïc thi ñoái vôùi VCO. Do ñoù duøng PLL vaø AFC (Automatic Frequency Control) ñeå ñaït oån ñònh taàn soá treân.
8.25 OÅN ÑÒNH TAÀN SOÁ VAØ AFC
VCO N1 N2 N3
LPF
BPF X X0
Gen
m(t)
k0
f0
f*
1
2f0
BFM
fx0f
fd = fx0 - f*Freq
Disciminator
f
a)
b)
kd
Vo
Hình 8.54
Cuõng gioáng nhö AM, chaát löôïng ñieàu cheá goùc ñaùnh giaù theo ñaùp tuyeán ñieàu cheá tónh vaø ñoäng. Ñaùp tuyeán ñieàu cheá goùc tónh ñoä leäch taàn soá (FM) hay ñoä leäch pha (PM) phuï thuoäc vaøo yeáu toá ñieàu cheá.
Döïa vaøo ñoä tuyeán tính ñaùp tuyeán ñieàu cheá treân ñaùnh giaù meùo phi tuyeán cuûa boä ñieàu cheá.
0
a)
V 0 V
b)
Hình 8.55. a) Ñaùp tuyeán ñieàu cheá taàn soá tónh FM.b) Ñaùp tuyeán ñieàu cheá pha tónh PM
8.26 ÑAÙNH GIAÙ CHAÁT LÖÔÏNG ÑIEÀU CHEÁ FM, PM
Ñaùp tuyeán ñieàu cheá ñoäng: söï phuï thuoäc ñoä di taàn ôû FM hay chæ soá ñieàu cheá pha mp ôû PM vaøo taàn soá tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp. Ñaùp tuyeán ñoäng cho pheùp ñaùnh giaù baêng thoâng tín hieäu ñieàu cheá maø ñoä di taàn hay di pha coi nhö khoâng ñoåi.
mf
Fmin Fmax
Fm
Fmin Fmax
Fm
m =
a) b)
p
p
Hình 8.56. a) Ñaùp tuyeán ñieàu cheá ñoäng FM.b) Ñaùp tuyeán ñieàu cheá ñoäng PM.
8.27 MAÏCH ÑIEÀU TAÀN VAØ ÑIEÀU PHA
Hình 8.57. FM phaùt thanh vaø tieáng TV duøng vari caùp.
1/ Ñieàu taàn tröïc tieáp duøng varicap:
Cv
0vC
0VT
Vmcosmt
V
m(t) RC R2
R3
From AFC
R1 C1
CB
R5 CB
C3
L3
R4 R6C5
+ Vcc
C1
C4
R7 C2
Cv
.01
.5p
330
2SK212
RFC
470
.001
390330K
180
47 RFC
270Km(t)
Hình 8.58 FM duøng FET-vari caùp.
+ Vcc
m(t)
R4 C3 R2
R1
RFC L1
CV
C1
C2
C6
R3 C4
RFC
RFC
C5
Hình 8.59. FM duøng vari caùp – MOS FET.
+ Vcc
220K
.
Ñoä di taàn coù theå tính gaàn ñuùng:
-ñoä di taàn
o -taàn soá trung taâm khi chöa coù ñieàu cheá öùng vôùi ñieän dung Cvo cuûavaricap.
C- ñoä leäch ñieän dung cuûa maïch ñieàu höôûng.
Caùc giaù trò khuyeán nghò tính toaùn:
Vm 12V
VT Ñieän aùp phaân cöïc Varicap (5 10)V
V-ñieän aùp dao ñoäng (2 7)V
Caùc kieåu ñieàu taàn tröïc tieáp treân cho ñoä di taàn roäng duøng trong tieáng TV phaùt thanh FM, viba, truyeàn hình veä tinh. Tuy nhieân caàn voøng khoaù pha hay AFC ñeå oån ñònh taàn soá soùng mang trung taâm.
Phaân tích taàn soá ñieàu taàn duøng varicap cho thaáy:
(t)= o(1+Ko)+ cosmt+K2 cos2mt+K3 cos3mt +K4 cos4mt +…
oVo C
C
2
1
Caùc heä soá Ko theå hieän söï troâi taàn soá soùng mang K1,2,3,4 - heä soá meùo phi tuyeán ñieàu cheá FM, haøi 2,3,4..
Ñeå khaéc phuïc tình traïng naøy, trong caùc heä thoáng chuyeân duïng coù maïch oån ñònh taàn soá soùng mang, caùc maïch söûa daïng ñaùp tuyeán ñieàu cheá giaûm meùo, löïa choïn linh kieän hôïp lyù. OÅn ñònh taàn soá soùng mang coù theå laø phöông phaùp voøng khoaù pha hay AFC.
Moät bieän phaùp giaûm meùo ñieàu taàn ñaåy keùo daûi roäng sau.
Hình 8.60. Ñieàu taàn ñaåy keùo.
m(t)
+V1
-V2
RFCf02 RFC
+Vc
c
-VccC2
C3
f01RFC
C4 L4
C5L5
f1F = f01 – f02
RFC+Vc
c
Moãi veá boä ñieàu taàn ñaåy keùo laø moät boä ñieàu taàn ôû
taàn soá fo1, fo2 coù ñoä di taàn nhoû, tuyeán tính, ít meùo, thoâng
thöôøng .Sau boä troän taàn, loïc laáy taàn soá trung
taàn fIF= fo1 -fo2
Khi coù tín hieäu ñieàu cheá taàn thaáp, hai veá thöïc hieän ñieàu
taàn ngöôïc nhau. Neáu
01,0
of
f
fo1 taêng f thì fo2 giaûm f ngoõ ra ñoåi taàn coù tín hieäu ñieàu taàn vôùi ñoä di taàn lôùn gaáp ñoâi:
(fo1+ f ) - (fo2 - f ) = fIF +2f
Meùo phi tuyeán haøi 2 trieät tieâu laãn nhau.
C4L4 ,C5L5 maïch söûa daïng ñaùp tuyeán haøi 3. Meùo phi tuyeán haøi 4, 5 nhoû khoâng ñaùng keå. Kieåu ñieàu taàn ñaåy keùo duøng nhieàu trong thoâng tin vi ba nhieàu keânh, truyeàn hình veä tinh v.v…
Taàn soá fIF khoaûng 70;140 NHz; ñoä di taàn cöïc ñaïi f=(15 18)MHz, heä soá meùo 0,1%. Kieåu naøy cho ñoä di taàn nhoû, ñoä oån ñònh taàn soá soùng mang thaáp hôn moät caáp so vôùi dao ñoäng thaïch anh maïch ñôn giaûn, duøng phoå bieán trong thoâng tin thoaïi FM, quaân ñoäi, caûnh saùt v.v… Ñeå coù ñoä di taàn (10 30) KHz caàn nhaân taàn tieáp theo.
2/ Ñieàu taàn tröïc tieáp Varicap -thaïch anh.
RA
5048MHz
82p
10p
.001 RFC
47K
50p
.01
68p
120p
Khuyeách ñaïiC2812
X3C2814
.001
68K
560ÑeämC2814
100p
.01
220p1,2K
10K
15K
3,3
390K
100K
m(t)
+
.047180K
Ñieàu taàn C2814
Hình 8.62 FM ñieän thoaïi Cordless telephone.
Hình 8.61 FM daûi heïp FET – Varicap – thaïch anh.
.001
.5p
390p
.001
RFC
470 330K
330
2SK212 47p
180p
220KRFC
27K
m(t)
+ Vcc
390p
.01 10
150K
1n 300
380p330P
C2785
10K84K
+ Vcc
1µ
27K
m(t)
Hình 8.63. Ñieàu taàn duøng 2 varicaùp vôùi thaïch anh.
470µH
120K.01
-Vcc R1L2
C6
C7+Vc
c
R2 L3
C2
CEC
Q1
D2 D3
C1L4
R3R3
R3
-Vcc
R3
C3
C4 L5 R4
L6 C5
Hình 8.64. Ñieàu taàn FM chaát löôïng cao cho FM phaùt thanh tieáng TV.
m(t) Maïch söûa daïng ñaùp tuyeánñieàu cheá haøi 3
L1
3/ Ñieàu höôûng ñieän khaùng Ñaây laø kieåu ñieàu cheá ñieän khaùng treân cô sôû khuyeách ñaïi CE lôùp A.
Hình 8.65. Ñieàu cheá ñieän khaùng.
C3
m(t)C1
+ VccRFC2
RFC1
R2
R1C
C4
C2 R3
R C0L0
Q2
Q1
Maïch ñieàu höôûngboä dao ñoäng
V0
Tuï C3,4 noái taét veà xoay chieàu taïi taàn soá dao ñoäng. Maïch ñieàu cheá ñieän khaùng Q1 ñaáu song song vôùi maïch ñieàu höôûng L0C0 cuûa boä dao ñoäng. Tín hieäu V0 töø maïch dao ñoäng qua C4 ñöa veà maïch xoay pha RC. Tuï C2 coù trôû khaùng raát nhoû, coi nhö noái taét veà xoay chieàu, khoaûng aûnh höôûng ñeán xoay pha, khi coù ñieän trôû R khoâng aûnh höôûng tôùi phaân cöïc Q1. Giaù trò C choïn sao cho taïi taàn soá dao ñoäng.
XC >> R3 (X0 > 10R) Neáu XC > R maïch RC mang tính dung khaùng. Doøng chaûy qua tuï C ñieän trôû R seõ sôùm pha 900 so vôùi ñieän aùp dao ñoäng V0. Töùc laø ñieän aùp VR ñaët vaøo Base Q1 sôùm pha so vôùi V0 laø 900. Doøng Collector vaø Base Q1 ñoàng pha. Doøng IC xoay pha so vôùi ñieän aùp Base, noù sôùm pha 900 so vôùi V0 do ñoù maïch naøy mang tính dung khaùng ñoái vôùi nguoàn V0. Vaäy maïch ñieàu cheá ñieän khaùng Q1 töông ñöông tuï ñieän cuûa maïch ñieàu höôûng boä dao ñoäng. Khi coù tín hieäu ñieàu cheá Vm ñöa vaøo, laøm thay ñoåi ñieän aùp Base vaø doøng Collector theo Vm, goùc pha giöõa doøng Ic vaø ñieän aùp V0 thay ñoåi töông ñöông vôùi ñieän dung (ñieän khaùng ) thay ñoåi, taàn soá dao ñoäng thay ñoåi. Ñieän dung töông ñöông taêng thì taàn soá dao ñoäng giaûm vaø ngöôïc lai ñieän dung giaûm - taàn soá taêng. Maïch thöïc hieän ñieàu taàn tröïc tieáp. Neáu thay ñoåi vò trí R vaø C thì doøng RC vaãn sôùm pha so vôùi ñieän aùp dao ñoäng V0. Tuy nhieân ñieän aùp treân tuï C ñaët vaøo cöïc Base, ñieän aùp naøy treã pha 900 so vôùi V0. Maïch ñieàu cheá ñieän khaùng hoaït ñoäng töông ñöông ñieän caûm bieán thieân khi coù ñieän aùp Vm ñaët vaøo. Taàn soá dao ñoä tyû leä vôùi Vm.
Ñieàu cheá ñieän khaùng thöïc hieän ñieàu taàn tröïc tieáp coù ñoä di taàn roäng, tuyeán tính, meùo ít. FET cuõng thöôøng di taàn roäng, tuyeán tính, meùo ít. FET cuõng thöôøng ñöôïc söû duïng ôû ñieàu cheá ñieän khaùng.
Doøng vaøo cöïc coång cuûa FET baèng khoâng , ta coù:Vg = ig . R;
RjXR
Vv
jXR
Vi
Cg
Cg .;
C0 L0
C
RR4
R3 C1
R1R2
+VDD
m(t)
Hình 8.66. a) Ñieàu cheá ñieän khaùng duøng FET b) Maïch töông ñöông AC.
Czd
R Vg
ig id
V
Maïch ñieàu höôûngboä dao ñoäng
gm - ñoä hôû daãn (Transconductance) cuûa FET.
Trôû khaùng ra cuûa FET:di
Vdz
)1(1
. R
jX
gRg
jXR C
mm
C
dz
Do R << XC neânRCg
jRg
Xj
mm
C
..
1
. dz
Ceq = gm RC laø ñieän dung töông ñöông.
eqC
j
dz
Doøng cöïc maùng RjXR
VgVg
Cmgm ..
di
Vaäy trôû khaùng ra zd töông ñöông ñieän dung. Khi coù tín hieäu ñieàu cheá Vm ñöa vaøo, ñieän aùp cöïc cöûa thay ñoåi, ñoä hoã daãn gm thay ñoåi theo laø Ceq thay ñoåi töùc laø ñieän dung ra töông ñöông zd cuûa maïch ñieàu cheá ñieän khaùng maéc song song vôùi maïch ñieàu höôûng boä dao ñoäng thay ñoåi, taàn soá dao ñoäng thay ñoåi, ta coù ñieàu taàn.
4/ Ñieàu taàn tröïc tieáp duøng IC - VCO. IC - VCO tuyeán tính thöïc hieän ñieàu taàn tröïc tieáp.
Taàn soá dao ñoäng VCO xaùc ñònh bôûi Rt, Ct. Döôùi taùc ñoäng ñieän aùp ñieàu cheá Vm, taàn soá VCO thay ñoåi boä nhaân taàn soá nhaân caû ñoä di taàn leân taàn soá caàn thieát, maïch loïc laáy tín hieäu sin töø xung vuoâng VCO. Taàn ñeäm caùch ly taàng sau vôùi maïch FM. Taàn soá ra FM:
fout = (fc + f).N f - ñoä di taànN - heä soá nhaân taàn.
Ví duï MC1376 laøm FM coâng suaát nhoû cho Cordless Telephone. Taàn soá soùng mang coù theå 1,4 tôùi 14 MHz, coâng suaát ra 600 mw, ñoä di taàn cöïc ñaïi tuyeán tính 150 KHz. Trong khoaûng ñieän aùp vaøo ñieàu cheá töø 2 ñeán 4V.
VCO fC Nhaân taàn N
LoïcSin
ÑeämV
Hình 8.67. FM duøng IC - VCO.
5/ Maùy phaùt FM tröïc tieáp Ñieàu traàn tröïc tieáp: taàn soá soùng mang cao taàn thay ñoåi tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá. Ví duï nhö duøng vari caùp, VCO, ñieän khaùng. Taàn soá soùng mang trung taâm dòch. Bieän phaùp khaéc phuïc duøng Automatic Frequency Control AFC so saùnh taàn soá FM vôùi dao ñoäng thaïch anh chuaån laáy ñieän aùp hieäu chænh tyû leä vôùi hieäu hai taàn soá ñieàu khieån dao ñoäng cao taàn FM oån ñònh taàn soá trung taâm theo dao ñoäng chuaån. Heä thoáng ñieàu taàn tröïc tieáp duøng AFC oån ñònh taàn soá goïi laø heä thoáng Crosby.
Hình 8.68. IC MS1376 duøng FM tröïc tieáp
m(t)
270p
33H
1
+ 5
6
7
8 1
2
3
4
MC 1376
56K
1K1,8K
470p
470p
MPSS 6601
+VCC47p
.001
Hình 8.69. Maùy phaùt FM - Crosby
PreemPhasis +
FM5,1 MHz
N1
X3
N2
X2
N3
X3
KÑCSRF
LPF
Discriminator
N4
X214,3 MHz
DC Bias
Audio
f0 = 91,8MHzX 18
fcf1 f2
30,6 MHzfd = 2MHz
+
-
28.6MHz
Theo FCC, ñoä di taàn phaùt thanh FM laø f = 75 KHz.
Ñieàu cheá ñieän khaùng coù ñoä di taàn : KHz167,418
75
Heä soá ñieàu cheá F
m167,4
Vôùi Fmax = 15 KHz.
Coù .2778,015
167,4
KHz
KHzm
Taïi anten heä soá ñieàu cheá laø 0,2778.18 = 5.
Boä KÑCSCT hoaït ñoäng cheá ñoä C coù hieäu suaát cao.
Sau boä ñoåi taàn vaø boä loïc BPF tín hieäu coù taàn soá fd=(30,6 - 28,6) MHz tôùi boä giaûi ñieàu cheá FM coù teân goïi discriminator taùch soùng.
Ñieän aùp DC ngoõ ra boä LPF coäng vôùi tín hieäu ñieàu cheá, töï ñoäng ñieàu chænh taàn soá dao ñoäng buø söï troâi taàn soá soùng mang trung taâm.
VCO cho ñieàu taàn daûi roäng, heä soá ñieàu cheá m lôùn. Taàn soá ñieàu taàn ngoõ raVCO qua boä chia N so saùnh pha vôùi dao ñoäng chuaån thaïch anh f0. Ñieän aùp loãi Vd tyû leä vôùi söï sai bieät giöõa hai taàn soá, qua LPF laáy thaønh phaàn DC coäng vôùi tín hieäu ñieàu cheá hieäu chænh söï troâi taàn soá trung taâm VCO.
Kieåu FM naøy coù ñoä oån ñònh taàn soá toát hôn duøng AFC.
6/ Phaùt FM duøng PLL.
Hình 8.70. Phaùt FM duøng PLL.
PhaseDetector
: N
VCO
+Vd
f0
NfO
FM output
LPF
m(t)
7/ Ñieàu taàn giaùn tieáp
Ñieàu taàn giaùn tieáp qua ñieàu cheá pha.
Hình 8.71. Sô ñoà khoái FM töø PM
PhaseModulator
Nhaântaàn
PowerAmp
m(t)LPF
dtPhase
Modulator
m
mm tV
sin
tV
kt mm
mpt
sin0)(
m(t)=Vmcosmt
dt
Ñieàu cheá pha: ñoä di pha tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá.
mp= =kpVm
Taàn soá töùc thôøi ñieàu cheá pha :
(t) =0 + m.cos mt
Ñieàu coù FM giaùn tieáp qua ñieàu pha, tröôùc khi ñieàu taàn cho
tín hieäu ñieàu cheá qua boä tích phaân. Ñaây laø boä daïng thoâng
thaáp, giaûm möùc bieân ñoä phaùi taàn soá cao haøm truyeàn ñaït tyû
leä vôùi .
Do ñoù toång goùc pha ngoõ ra boä PM:
m
mV
t
Vkt m
m
mpot
sin)(
Taàn soá ñieàu taàn qua PM:
Taàn soá chuaån dao ñoäng thaïch anh oån ñònh, ñöôïc ñöa tôùi boä ñieàu cheá pha ñieàu cheá FM giaùn tieáp qua PM. Maïch khoâng caàn duøng AFC hay PLL oån ñònh taàn soá soùng mang kieåu naøy thöôøng ñöôïc duøng trong thoâng tin thoaïi VHF -UHF coù ñoä di taàn nhoû.
ttVkdt
dmommpo
tt
coscos)(
)(
Hình 8.72 Phöông phaùp Armstrong FM.
+Nhaân taàn
n
Troän taàn
Khuyeách ñaïi
cheá ñoä C
xoaypha 900
Ñieàu cheácaân baèng
dt
Vc
fc
fc + f.m nfc + nf.m fc + nf.m
(n+1)fc DSB + 900
m(t)
Ñoä di pha
VDSB -ñieän aùp tín hieäu DSB. VUSB,LSB -ñieän aùp tín hieäu bieân treân vaø döôùi sau ñieàu cheá caân baèng. V2 -ñieän aùp soùng mang. Vôùi goùc pha nhoû hôn 100 thì .
Vaäy ta coù ñieàu cheá pha, ñoä di pha tyû leä vôùi tín hieäu DSB. Ñeå bieán ñoåi PM sang FM thì tín hieäu tröôùc khi ñöa vaøo ñieàu cheá caân baèng phaûi qua boä tích phaân. Sau ñieàu cheá pha coù ñoä di taàn nhoû, thöïc hieän nhaân taàn soá nhaân ñoä di taàn, ñoåi taàn xuoáng, khuyeách ñaïi coâng suaát cao taàn cheá ñoä C hieäu suaát cao.
LSBUSBDSB
C
DSBp
VVV
V
Varctgm
C
DSBp V
Vm
Max
VUSB VC
VLSBVDSBMax
VPM
Hình 8.73. Giaûn ñoà pha phöông phaùp Armstrong.
VDSB
Ví duï: ChoVUSB =0,0048V; VLSB=0,0048V;VC=10Vfmax=15KHzTìm ñoä di pha vaø ñoä di taàn f.
Giaûi : VDSB=VUSB+VLSB=2.0,0048=0,0096V
Ñoä di pha cöïc ñaïi kieåu ñieàu cheá naøy khoaûng = 0,00167rad.
Vaäy ñoä di taàn cöïc ñaïi ôû 15KHz:
fmax=mpmax.Fmax=0,00167.15000=25Hz.
.4,1415.00096,0.
.00096,0180
.055,0
055,010
0096,0
max
00
0
HzKHzFmf
radrad
hayarctgm
p
p
Khi XC =R ñoä xoay pha =450.
Maïch dòch pha thöïc hieän ñieàu cheá pha neáu ñieän trôû hoaëc tuï ñieän bieán thieân theo tín hieäu ñieàu cheá töùc laø pha cuûa soùng mang cao taàn bieán ñoåi tyû leä vôùi tín hieäu ñieàu cheá .
RC
f0
V1 R V0
a) Sôùm pha 0 - 900 so vôùi ngoõ vaøo
C
fc
V1 V0
b) Treã pha 0 - 900 so vôùi ngoõ vaøo
Hình 8.74. Maïch dòch pha RC
Maïch dòch pha ñôn giaûn nhaát laø RC.
Nhieàu maùy phaùt FM duøng ñieàu cheá FM giaùn tieáp qua ñieàu cheá PM vì coù ñoä oån ñònh taàn soá soùng mang cao taàn. Maïch dao ñoäng thaïch anh hay boä toång hôïp taàn soá ñoäc laäp, caùch ly vôùi taàng ñieàu cheá neân coù dao ñoäng chuaån. Tín hieäu naøy tôùi boä ñieàu cheá pha .Taïi ñaây ñoä dòch pha thay ñoåi theo tín hieäu ñieàu cheá. Pha thay ñoåi laøm thay ñoåi taàn soá (ñoä di taàn) - ta coù ñieàu taàn giaùn tieáp nhö ñaõ xeùt phaàn tröôùc.
8.28 ÑIEÀU CHEÁ PHA PM
c
C
soùng mang
Tín hieäuñieàu cheá m(t)
+ Vcc
PM
Hình 8.75. Maïch ñieàu cheá pha duøng BJT.
Thay theá ñieän trôû R ôû maïch xoay pha baèng BJT. BJT hoaït ñoäng nhö moät ñieän trôû thay ñoåi theo tín hieäu ñieàu cheá.
Neáu tín hieäu naøy taêng, doøng IB.IC taêng, ñieän trôû ra BJT giaûm
laøm taêng ñoä xoay pha daãn ñeán taàn soá taêng. Neáu bieân
ñoä tín hieäu ñieàu cheá Vm giaûm, doøng IC , IB giaûm, ñieän trôû ra
BJT taêng, ñoä dòch pha , taàn soá giaûm.
Thay theá tuï C baèng varicap. Ñieän dung cuûa noù thay ñoåi
theo tín hieäu ñieàu cheá .Ngoõ ra laø tín hieäu ñieàu cheá pha cao taàn. R1-2 ñieän trôû phaân cöïc varicap.
Neáu Vm taêng, CV giaûm, dung khaùng XCv taêng, ñoä dòch
pha giaûm. Ngöôïc laïi Vm giaûm, CV taêng, XCv giaûm ñoä xoay
pha taêng. Ta coù ñieàu cheá pha PM.
Ñieàu cheá pha PM duøng varicap:
0
CV
VTV
t
Vmcosmt
+ Vcc
V0 , 0
R
Tín hieäuñieàu cheá m(t)
CR2
R1
PM
Soùng mang
Maïch ñieàu cheá pha caûi tieán duøng FET. Maïch xoay pha goàm tuï ñieän vaø ñieän trôû ra cuûa FET. Tín hieäu cao taàn töø dao ñoäng thaïch anh hay toång hôïp taàn soá ñöa tôùi tuï C1,,C2.
Soùng mang cuõng ñöa vaøo cöïc cöûa G cuûa FET qua C1, R1 laøm
cho VG sôùm pha hôn so vôùi Vo moät goùc nhoû hôn 900. Söï
sôùm pha cuûa ñieän aùp VG = VR1 kieåm soaùt doøng ID (töùc ñieän
trôû RDS).
Nhö vaäy hai ñieän aùp kieåm soaùt doøng ID, ñoä dòch pha
toång coäng laø toång dòch pha gaây bôûi moãi ñieän aùp ñieàu khieån ñieän trôû RDS. Tín hieäu ñieàu cheá Vm cuõng ñieàu khieån
doøng ID laøm cho ñoä dòch pha ngoõ ra tyû leä vôùi tín hieäu
naøy.Tín hieäu ñieàu cheá pha ngoõ ra qua boä nhaân taàn soá hoaëc khuyeách ñaïi cheá ñoä C. toång dòch pha cuûa kieåu ñieàu cheá naøy nhoû, giôùi haïn 200.
V0 , 0
C1C2
+ Vcc
RFC
PM
VDD
SG
R1 R2 C3
RFCm(t)
Hình 8.76. Maïch ñieàu cheá pha caûi tieán
Taïi coäng höôûng song song , maïch ñieàu höôûng LC coi nhö thuaàn trôû raát
lôùn, XL=XC. Goùc pha giöõa doøng vaø aùp baèng khoâng.
LCo
1
Moät phöông phaùp caûi thieän ñoä di pha cuûa ñieàu cheá pha laø duøng maïch coäng höôûng song song. Leäch coäng höôûng song song, maïch ñieàu höôûng mang tính caûm khaùng hay dung khaùng töùc laø cho ñoä dòch pha giöõa doøng vaø aùp cuûa maïch.
Treã phaSôùm pha- 900
- 450
- 00
+ 900
+ 450
0
Zeq
Hình 8.77. Trôû khaùng vaø ñaùp tuyeán dòch pha maïchñieàu höôûng song song
C L
ÔÛ taàn soá < o ,XC >XL, maïch ñieàu höôûng mang tính caûm khaùng. Doøng qua noù treã pha so vôùi ñieän aùp ñaët vaøo. Neáu > o, XC > XL, maïch mang tính dung khaùng, doøng sôùm pha so vôùi ñieän aùp vaøo.
Taàn soá thay ñoåi, L vaø C giöõ nguyeân taïo neân söï dòch pha . Hieäu öùng töông töï neáu taàn soá khoâng ñoåi, thay ñoåi L hoaëc C theo tín hieäu ñieàu cheá cuõng taïo neân söï dòch pha. Ví duï nhö sô ñoà sau duøng varicap coù CV bieán thieân theo Vm.
0
PFC
+ Vcc
PM
Hình 8.78. Ñieàu cheá pha duøng maïch ñieàu höôûng
.
Ba maïch ñieàu höôûng duøng varicap cho ñoä di pha lôùn 1800 tuyeán tính, ñoä di taàn roäng.Cuõng treân nguyeân lyù maïch ñieàu höôûng song coù daïng ñieàu cheá pha sau.
Hình 8.79
RF AmpPM
R3
m(t)C5 R4
R1
R2
C4
RFCC3
C2
C1 L
CV
0
Maïch ñieàu höôûng song L,C1,C2 laø maïch ra cuûa taàng khuyeách ñaïi cao taàn.
C1 >>C2. Taàn soá coäng höôûng xaùc ñònh bôûi L,C2. Varicap coù ñieän dung CV maõi song song
vôùi C2 qua C3 >> CV .R1,2 phaân cöïc varicap C3 -tuï caùch ly DC.
Tín hieäu ñieàu cheá Vm qua boä loïc thoâng thaáp R3C5 (boä tích phaân) ñaët vaøo varicap.
Khi Vm =0, taàn soá coäng höôûng coù ñöôïc :
Cvo -ñieän dung varicap ôû cheá ñoä phaân cöïc.
Khi coù tín hieäu ñieàu cheá Vm nhoû hôn khoâng, CV taêng dung khaùng giaûm, maïch ñieàu höôûng mang tính dung khaùng, do ñoù ñieän aùp ra treã pha so vôùi ñieän aùp vaøo. Ngöôïc laïi khi Vm > 0, CV giaûm. Maïch ñieàu höôûng mang tính caûm khaùng, ñieän aùp ngoõ vaøo.
Nhöôïc ñieåm ñieàu cheá pha:
Toång dòch pha vaø ñoä di taàn nhoû. Do ñoù maïch thöïc hieän ôû taàn soá taáhp roài nhaân taàn, nhaân ñoä di taàn ñeán taàn soá hoaït ñoäng.
Ñoä dòch pha cuûa PM laøm cho bieân ñoä tín hieäu PM cuõng thay ñoåi (ñieàu bieân kyù sinh).Tuy nhieân vaán ñeà naøy ñöôïc khaéc phuïc ôû maïch nhaân taàn, khuyeách ñaïi coâng suaát cao taàn cheá ñoä C, vaø haïn bieân ôû maùy thu.
)(
1
20CCL V
o
Coù nhieàu kieåu giaûi ñieàu cheá FM, PM nhö Foster- Seeley discriminator vaø taùch soùng tyû leä ñaõ ñöôïc duøng nhieàu. Ngaøy nay vi maïch giaûi ñieàu cheá ñöôïc duøng phoå bieán nhö Pulse-averaging discrimnator, quadrature detector, PLL. Trong phaàn naøy xem xeùt caùc loaïi giaûi ñieàu cheá thoâng duïng.
8.29 GIAÛI ÑIEÀU CHEÁ FM
Hình 8.80. Foster - Seeley disciminator.
Q1
C1
C3
T1
C2 RFC
D1 R3
C6
out
R1
R2
+
+
--
V1
V2
V3 V2-3
D2
C5
C4 VR1
VR2
A
a) = 0 b) > 0 c) < 0
V1 V1-3
V3
V2-3V2
V1 V1-3
V3
V2-3V2
V1 V1-3
V3
V2-3V2
V1-3
Tín hieäu trung taàn FM ñaët vaøo cuoän sô caáp bieán aùp T1.
Maïch coäng höôûng ôû taàn soá trung taàn cuûa cuoän sô caáp vaø thöù caáp chænh bôûi tuï C1,C2. Tín hieäu töø cuoän sô caáp bieán aùp
T1 qua C3 ñöa vaøo moät ñaàu cuoän RFC. Ñieän aùp V3 treân cuoän
RFC cuõng chính laø ñieän aùp treân cuoän sô caáp T1 vì C3 vaø C5 noái
taét veà xoay chieàu.
1) Khi khoâng coù ñieàu cheá (=0), doøng chaûy trong cuoän sô
caáp T1 taïo ñieän aùp caûm öùng ôû cuoän thöù caáp T1. Cuoän thöù
caáp coù ñieåm giöõa neân ñieän aùp V1 ngöôïc pha V2. Doøng ôû
cuoän sô caáp chaäm pha so vôùi ñieän aùp teân noù 900, taïo neân ñieän aùp caûm öùng ôû cuoän thöù caáp dòch pha 900 so vôùi ñieän aùp cuoän sô caáp, (hình a). Hai diod taùch soùng D1,2 töông töï soùng
AM. Ñieän aùp V1-3 daët treân D1, R1 vaø C4 baèng toång ñieän aùp
(V1+V3). Ñieän aùp V2-3 daët treân D2, R2 vaø C5 baèng toång (V2+V3). Do
V1 vaø V2 cuøng bieân ñoä, ngöôïc pha, ñoà thò vector ñieän aùp nhö
hình 8.80a. Baùn chu kyø döông D1 daãn, doøng chaûy qua R1, tuï C4
naïp. Baùn chu kyø aââm D2 daãn, doøng chaûy qua R2, tuï C5 naïp.
Ñieän aùp ñieåm A so vôùi ñaát baèng khoâng.
2) Khi coù ñieàu cheá FM, giaû söû taàn soá taêng >o , caûm
khaùng lôùn hôn dung khaùng, maïch mang tính ñieän caûm ñieän aùp V1 sôùm pha hôn V3 moät goùc nhoû hôn 900. V1 vaø V2 ngöôïc pha 1800
töùc laø V2 treã pha so vôùi V3 moät goùc lôùn hôn 900. Töông quan veà
pha -vector ôû hình b. Ta coù V1-3 =V1 +V3 lôùn hôn V2-3 =V2+ V3 töùc
laø VR1>VR2.
Ñieän aùp toång coäng ngoõ ra VA= VR1+VR2> 0
3) Töông töï khi <o coù ñieän aùp ngoõ ra VA< 0. Ñoà thò pha -vector hình c.
Ñieän aùp ngoõ ra taïi ñieåm A chính laø ñieän aùp tín hieäu giaûi ñieàu cheá FM. Ñieän aùp naøy qua maïch Peemphasis R2-C6 laáy laïi daïng tín hieäu nguyeân thuyû.
Ñaùp tuyeán ñieän aùp ra theo taàn soá FM cuûa boä giaûi ñieàu cheá coù daïng.
fmin f0
f
Vuøng tuyeán tính
0
VA
Hình 8.81. Ñaùp tuyeán ñieän aùp ra theo taàn soá FM cuûa boä giaûi ñieàu cheáFoster-Seeley
fmax
Maïch naøy nhaïy vôùi söï bieán ñoåi bieân ñoä ngoõ vaøo (vì D1,2 taùch soùng bieân ñoä ). Do ñoù caàn coù haïn bieân ñoä tröôùc khi giaûi ñieàu cheá .
Ñoä di taàn xaùc ñònh bôûi:
Q-heä soá phaåm chaát maïch coäng höôûng.
Q
ff o
2
2/ Taùch soùng FM tyû leä (Ratio detector)
C1
C3
T1
C2
RFC
D1
C6
out
R1
R2
+
+-
-
V1
V2 V3V2-3
D2
C5
C4
D
A
Hình 8.82. Maïch soùng FM tyû leä
FMinput
V1-3
-
+
C
B
Kieåu naøy öùng duïng nhieàu trong quaù khöù. Noù khaùc so vôùi maïch Foster- Seeley moät chuùt. Hai diod D1 vaø D2 maéc ngöôïc chieàu do ñoù naïp tuï C4, C5 coù cöïc tính cuøng chieàu. Caùc ñieän aùp V1-
3=V1+V3 ;V2-3 =V2+V3. Ñieåm khaùc bieät cô baûn laø coù tuï C6 lôùn ñoùng vai troø haïn bieân. Ñieän trôû taûi boä taùch soùng R1=R2. Ñieän aùp ra laáy ôû ñieåm C.Tuï C4 ,C5 vaø R1, R2 taïo maïch caàu. Ñieän aùp treân tuï C4 ,C5 laø ñieän aùp vaøo maïch caàu. Ñieän aùp ra laáy ôû ñieåm C vaø D.
Khi khoâng coù tín hieäu ñieàu cheá =o ,V1-3=V2-3. Ñieän aùp naøy naïp cho tuï C4 vaø C5. Tuï C6 naïp tôùi ñieän aùp baèng toång ñieän aùp treân tuï C4 vaø C5.
Tuï C6 lôùn, ñieän aùptreân noù oån ñònh. Ñieän trôû R1= R2 , VR1=VR2=VC4 =VC5 caàu caân baèng. Ñieän aùp giöõa ñieåm C vaø D laø VCD=0.Ví duï ñieän aùp treân moãi phaàn töû maïch caàu 2V, VC6 =4V.
Khi coù tín hieäu ñieàu cheá FM, giaû söû >o ,töông quan pha trong maïch thay ñoåi nhö ôû phaàn tröôùc ñaõ xeùt. VC4 >VC5 (ví duï VC4= 3V; VC3=1V), trong khi VR1=VR2=2V vì ñieän aùp VC6 =4V= const. Caàu maát caân baèng.
Ñieän aùp ôû ñieåm C laø 1V so vôùi ñieåm B, do ñoù VCD =-1V.
Töông töï khi <o, giaû söû VC4 =1V< VC5 =3V, ta coù ñieän aùp giöõa C vaø D laø ñieän aùp ra VCD=1V.
Öu ñieåm taùch soùng tyû leä so vôùi Foster-Seeley Discriminator ôû choã khoâng nhaïy caûm vôùi nhieãu vaø bieân ñoä tín hieäu vaøo FM. Bôûi leõ tuï C6 lôùn naïp chaäm, xaû chaäm khoâng ñaùp öùng theo nhieãu xung cuõng nhö söï thay ñoåi bieân ñoä tín hieäu vaøo. Theâm vaøo ñoù ñieän aùp DC trung bình treân tuï C6 töông ñöông ñieän aùp trung bình tín hieäu coù theå duøng laøm AGC.
Tín hieäu FM ñaët vaøo Zero-Crossing Detector or
clipper/limiter. Taïi ñaây taïo tín hieäu ñieän aùp nhò phaân thay
ñoåi theo tín hieäu FM moãi khi tín hieäu FM ñi töø ñieän aùp döông
sang aâm hay töø aâm sang döông. Tín hieäu xung vuoâng bieân
ñoä khoâng ñoåi coù taàn soá truøng vôùi taàn soá FM ñöôïc taïo ra.
Tín hieäu naøy ñöa ñeán one-shot multivibrator hay dao ñoäng ña
haøi ñôn oån (monostable multivibrator) ñeå taïo dao ñoäng coù
bieân ñoä vaø ñoä roäng xung khoâng ñoåi trong moãi chu kyø tín
hieäu FM. Ñoä xung ñöôïc caøi ñaët sao nhoû hôn chu kyø tín hieäu
cao taàn FM cöïc ñaïi. Xung ra qua boä loïc thoâng thaáp LPF, laáy
thaønh phaàn DC trung bình chính laø tín hieäu giaûi ñieàu cheá FM,
bieân ñoä cuûa noù tyû leä vôùi ñoä di taàn.
3/ Pulse- averaging discriminator.
zero crossingDetector
OR clipperlimiter
One - shotMultivibratorFM
input
R
LPF
Output
R1C
Hình 8.83. Pulse-averaging discriminator
Ñaây laø kieåu taùch soùng FM chaát löôïng cao, giaù haï duøng vi maïch. Moät kieåu giaûi ñieàu cheá FM phoå thoâng khaùc laø quadrature Detector. ÖÙng duïng nhieàu Trong taùch soùng aâm thanh TV, phaùt thanh FM, maùy nhaén tin.
Hình 8.84. Daïng soùng cuûa Pulse-averege discrimainator.
one - shot ouput
Tín hieäu giaûi ñieàu cheá FM
FM input
zero - crossing ouput
Tín hieäu FM ngoõ vaøo qua tuï C1 nhoû tôùi maïch coäng höôûng
song song C2L. Taïi coäng höôûng song song, trôû khaùng cuûa maïch
coi nhö thuaàn trôû raát lôùn Req. Tuï C1 nhoû, dung khaùng cuûa noù XC1
> Req. Ñieän aùp treân maïch coäng höôûng sôùm pha so vôùi ñieän aùp
vaøo gaàn 900 ôû taàn soá soùng mang trung taàn 0.
Quadrature Detector – taùch soùng caàu phöông. Chöõ Quadrature Detector laø dòch pha 900 giöõa 2 tín hieäu.
PhaseDetector
FMinput C1
900B
00A
C2 L
RC
Pulse averaging
output
Hình 8.85. Taùch soùng caàu phöông
4/ Quadrature Detector
Khi coù tín hieäu FM. Taàn soá cuûa noù lôùn hôn hay nhoû hôn 0 laøm taêng hoaëc giaûm toång dòch pha giöõa tín hieäu vaøo ñieåm A vaø tín hieäu ra ñieåm B. Hai tín hieäu naøy tôùi boä taùch soùng pha. Tín hieäu ra tyû leä vôùi ñoä leäch pha hai tín hieäu vaøo. Ñoä taùch soùng pha coù theå laø boä troän caân baèng maïch soá AND v.v…
Ngoõ A cuûa AND
Ngoõ B cuûa AND
Phase Detectoroutput
900
900
900
AFM
BFM > 900
Phase Detectorout
AFM
BFM < 900
Phase Detectorout Hình daïng soùng ôû taùch soùng caàu phöông
High average DC
c) < 0
<900 shift
Low average DC
b) < 0
>900 shift
Mediumaverage DC
= 0
a) FM at centerfrequency 900 shift
Khi khoâng coù tín hieäu ñieàu cheá ñieàu taàn:= o, ñieän aùp giöõa hai ngoõ vaøo A vaø B leäch nhau 900, ñieän aùp ra boä taùch soùng pha sau boä loïc thoâng thaáp LPF coù giaù trò trung bình DC tyû leä vôùi ñoä roäng xung.
Khi taàn soá FM taêng > o, ñoä leäch pha giaûm <900, ñoä roäng xung ngoõ ra boä taùch soùng pha taêng, qua boä loïc LPF coù möùc DC lôùn hôn möùc trung bình DC töông öùng vôùi möùc tín hieäu ñieàu cheá löông, taïo neân taàn soá ñieàu taàn lôùn.
Khi taàn soá FM giaûm < o,, ñoä leäch pha taêng > 900, ñoä roäng xung ngoõ ra boä taùch soùng pha giaûm, qua boä LPF coù möùc DC nhoû hôn trò trung bình töông öùng vôùi möùc tín hieäu ñieàu cheá aâm laøm taàn soá FM giaûm.
Ñoä dòch pha giöõa hai ngoõ vaøo
vaø caùc saûn phaåm.
Vaäy tyû leä tuyeán tính vôùi . Ñieän aùp ra Vout tyû leä vôùi hay ñoä di taàn
)2
(2
2
2
2 00
vôùi
QQarctg
oAB
Vout
0 2
Hình 8.86. Quan heä ñieän aùp boä taùch soùng pha vôùi goùc pha ngoõ vaøo
5) Taùch soùng vi sai ñænh
Hình 8.87 a) Taùch soùng ñænh vi sai FM b) Ñaùp tuyeán taùch soùng
Q1 Q2 Q3
Ca
Q6Q5Q4
Cb
Demoduletedoutput
FMinput
4,5 MHzBias
+ Vcc
C2
Q7
C1
L1
4,25
4,5 4,75 fMHz
Vuøng tuyeán tính
A
B
C
Q3,4 khuyeách ñaïi vi sai. Q1,2,5,6 Emitter Fllower
Q7 nguoàn doøng. Maïch coäng höôûng noái giöõa Base Q1,Q6.
L1, C1, C2 thaønh phaàn beân ngoaøi chip IC .
Tín hieäu FM tieáng TV ôû 4,5MHz ñöa ñeán cöïc Base Q1.
A1,A6 maïch Emitter Follower coù trôû khaùng vaøo lôùn khuyeách ñaïi doøng laùi hai Emitter Follwer khaùc Q2, Q5
Tuï Ca vaø Cb laø taùch soùng ñænh.
Tuï Ca,Cb naïp vaø xaû moãi khi ñieän aùp ôû hai ngoõ vaøo thay ñoåi .
Giaû söû tín hieäu FM sin = o, khoâng coù tín hieäu ñieàu cheá FM, ñieän aùp ngoõ vaøo Q1 döông, ñieän aùp ôû Emitter Q2 döông, Ca naïp ñeán giaù trò ñænh cuûa ñieän aùp treân maïch ñieàu höôûng khi tín hieäu sin FM qua giaù trò ñænh giaûm daàn tôùi khoâng vaø giaûm cöïc tính aâm ôû baùn chu kyø sau, ñieän aùp treân tuï Ca vaãn giöõ ôû giaù trò döông lôùn nhaát. Trôû khaùng vaøo Q3 lôùn ñeán möùc söï xaû cuûa tuï Ca qua noù khoâng ñaùng keå. Tuï Ca nhö nguoàn naïp naêng löôïng nhaát thôøi tôùi giaù trò ñieän aùp ñænh cuûa chu kyø tín hieäu.
Tuï Cb ôû Q5 töông töï Ca naïp tôùi ñieän aùp ñænh baùn chu kyø döông. Vca=VCb töùc laø ñieän aùp ngoõ vaøo caëp vi sai Q3, Q4 baèng nhau, ñieän aùp ra hoaëc doøng ra caëp vi sai baèng khoâng vì ngoõ ra caëp vi sai tyû leä vôùi hieäu ñieän aùp vaøo.
Khi taàn soá FM xuaát hieän, seõ coù doøng ra vi sai tyû leä vôùi söï thay ñoåi taàn soá FM.
Maïch ñieàu höôûng ngoaøi ñöôïc tính toaùn sao cho L1 C2 coäng höôûng noái tieáp ôû 4,25 NHz, nhoû hôn taàn soá trung taâm 4,5 NHz vaø L1 C1 coäng höôûng song song ôû taàn soá 4,75 NHz lôùn hôn taàn soá trung taâm.
Khi coù tín hieäu ñieàu taàn ôû taàn soá cöïc tieåu = o+max
truøng vôùi taàn soá coäng höôûng song song L1C1, trôû khaùng cuûa noù raát lôùn, ñieän aùp ngoõ vaøo Q1 lôùn nhaát, trong khi dung khaùng C2 raát nhoû. Ñieän aùp ngoõ vaøo Q6 raát nhoû. Ñieän aùp ra Q4 tyû leä vôùi hieäu ñieän aùp vaøo ñaït giaù trò döông nhaát (ñieåm C).
Taïi = o, ñieän aùp vaøo Q1 vaø Q6 nhö nhau, ñieän aùp ra Q4 baèng khoâng nhö ñaõ giaûi thích ôû treân (ñieåm B).
Khi taàn soá FM taêng töø o ñeán (o+max), ñieän aùp ngoõ vaøo Q1 taêng daàn, daãn ñeán ñieän aùp ra Q4 taêng theo.
Khi taàn soá FM giaûm töø o xuoáng (o - max), ñieän aùp ngoõ vaøo Q6 taêng daàn, ñieän aùp ra Q4 aâm hôn. Trong khoaûng 4,25 ñeán 4,75 NHz coù ñieän aùp ra Q4 tyû leä tuyeán tính vôùi ñoä di taàn chính laø tín hieäu giaûi ñieàu cheá FM.
Kieåu giaûi ñieàu cheá naøy duøng nhieàu trong giaûi ñieàu cheá tieáng TV, thu FM v.v...
PhaseDetector
LPF
VCO
FM input
Vd
Tín hieäu giaûiñieàu cheá FM
Hình 8.88. Taùch soùng FM duøng PLL.
Boä taùch soùng pha (hoaëc troän ) so saùnh taàn soá tín hieäu vaøo vôùi taàn soá VCO. Ñieän aùp ngoõ ra boä taùch soùng pha tyû leä vôùi söï sai bieät pha giöõa hai tín hieäu,töùc laø sai bieät taàn soá töùc thôøi giöõa chuùng. Tín hieäu sai bieät Vd qua heä loïc thoâng thaáp LPF laáy thaønh phaàn moät chieàu bieán ñoåi chaäm chính laø ñieän aùp tín hieäu aùtch soùng FM ngoõ ra coù bieân ñoä tyû leä vôùi ñoä di taàn FM ngoõ vaøo taùch soùng pha. Tín hieäu naøy ñöa laïi ñieàu khieån VCO laøm taàn soá ra cuûa noù baùm khoaù theo tín hieäu FM vaøo. Chi tieát phaàn PLL ñöôïc ñeà caäp ôû chöông dao ñoäng vaø toång hôïp taàn soá. Boä taùch soùng FM duøng PLL toát nhaát. Noù cho boä choïn loïc taàn soá vaø loïc coù tyû soá
lôùn nhaát so vôùi caùc loaïi khoaù, ñaùp tuyeán ñieän aùp ra theo ñoä di taàn tín hieäu FM tuyeán tính, duøng IC giaù haï.
Vi maïch PLL taùch soùng FM XR-2212
N
S
6/ Taùch soùng FM duøng PLL.
Preamp
Amp
-+
VCO
PhaseDetector1
2
3
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
InternalReference
RC
Rr
30p
Demodulatoroutput signal
5K
.1
+FM input
.1
VCO quad output
C0 Timing capacitor
Vref
.1
R1
Timingresistor Timing
resistor
R0
Rx
C1
Hình 8.89
Thoâng soá : Ñoä di taàn cöïc ñaïi FM:fmax=75KHz
Baêng thoâng FM: B = 200KHz
Tín hieäu soùng chuû pilot 19 KHz coù bieân ñoä 1v
Tín hieäu keânh phaûi (R) vaø traùi (L) cöïc ñaïi 4V
Duøng phaân keânh theo taàn soá FDM (frequency division multiplex) taïo tín hieäu stereo.
PreemPhase
PreemPhase
Delaynework
Ñieàu cheá caân baèng
+
-
L
(4v max)50Hz 15 KHz
(4v max)50Hz 15 KHz
R
L + R50Hz 15 KHz
L - R50Hz 15 KHz
+DSB(L-R)23KHz+53KHz
X2
L + RL - RLSB
L - RUSB
50Hz
1519
38 53KHzf
TO FM
19KHz(1v)
19KHz (Pilot)38 KHz
Hình 8.90. Taïo tín hieäu FM-STEREO Stereo.
8.30 TAÏO TÍN HIEÄU FM STEREO
142
15
34
67
12
810
9
Hình 8.91. Vi maïch KA 2102 - KÑIF, Det FM, Preamp giaûi ñieàu cheátieáng trong maùy thu truyeàn hình
+ 12v
out 2
out 1
fIF
KA2101
Hình 8.92. KÑIF, Det FM, duøng AN 7224
From Mix14 12
8 119
CF 10.7MHz
1K
.1
.01 220p 10K
output
10
47p
2,2K
+
AN7224
(L-R)Sideband
Taùch soùngphaân bieät >Deempha
-sis
Compositebaseband
FMinput
Mono
L + R
>Deempha-sis+LPF
>Deempha-sis+Giaûi ñieàu
cheá caânbaèng
BPF23 53 KHz
L
R2R
2L
X2BPF
19KHz
L-R
38 KHz
Stereo decoder
Hình 8.93. Giaûi ñieàu cheá FM Stereo.
L + R
VoltageReg
In phasephase der
1
2
3
4
5
6
7
14
13
12
11
Phasedetector
R.02
19 KHz monitor
Hình 8.94. XR - 1310 Stereo Decoder
76KHzVCO
Decoder
+ Vcc
.02
39K
TriggerX
2
Compositebaseband
1/2
1/2
1/2SW
.25Ñeøn stereo
5K
16K470
.25
.5
.05
DC Amp
.02
39K L
Goïi Vm laø ñieän aùp nhieãu coù goùc pha m so vôùi ñieän aùp tín hieäu FM VC .
VC>>Vn Pha vaø ñieän aùp toång laø n vaø Vv
Do VC>>Vn neân
Vnc laø thaønh phaàn vuoâng goùc(caàu phöông) cuûa nhieãu so vôùi tín hieäu.
C
nq
C
nqn V
V
V
Varctg
Vr Vn Vmq
Vc
n n
Hình 8.95.
8.31 NHIEÃU TRONG ÑIEÀU TAÀN Nhieãu ôû daïng ñieän aùp hay doøng ñieän taïi ngoõ vaøo maùy thu khoâng theå gaây ñieàu taàn kyù sinh. Tuy nhieân chuùng coù theå gaây neân ñieàu bieân vaø ñieàu pha kyù sinh. Ñieàu bieân kyù sinh bò loaïi bôûi boä haïn bieân tröôùc khi taùch soùng FM, ñieàu pha kyù sinh bò taùch soùng taïo neân nhieãu ngoõ ra.
Söï bieán ñoåi pha do nhieãu gaây neân ñieàu taàn kyù sinh. Ñieän aùp ra sau giaûi ñieàu cheá FM tyû leä vôùi toác ñoä bieán thieân goác pha laøm cho maät ñoä phoå nhieãu taêng theo bình phöông taàn
soá laøm cho tyû soá coâng suaát giaûm ôû taàn soá aâm thanh cao. Maïch Deemphasis coù taùc
duïng giaûm nhieãu, taïo neân ñoä lôïi deemphasis ñaõ xeùt ôû tröôùc ñaây.
Nhieãu ñieàu cheá pha kyù sinh tyû leä nghòch vôùi Vc töùc laø coâng suaát nhieãu tyû leä nghòch vôùi V0 chính laø Pc. Maät ñoä phoå coâng suaát nhieãu phuï thuoäc fn . Coâng suaát nhieãu trung bình coù ñöôïc baèng tích phaân ñöôøng cong maät ñoä phoå do ñoù noù tyû leä vôùi fn töùc laø laäp
phöông baêng thoâng tín hieäu. Vaäy coâng suaát nhieãu tyû leä vôùi . Coâng suaát tín hieäu tyû leä
vôùi bình phöông ñoä di taàn (f )2, tyû soá coâng suaát tín hieäu treân nhieãu :
N
S
cP
B3
2 2
3
3
2)(
2
3
BNR
fP
kTN
S c
FM
NR - Noise ratio -tyû soá nhieãu maùy thu.
B- baêng thoâng tín hieäu giaûi ñieàu cheá baêng goác .
So saùnh cuûa FM vôùi SSB cuøng coâng suaát phaùt :SN
SSBFM N
S
B
f
N
S
2
5,1
So saùnh cuûa FM vôùi AM ñieàu cheá 100%.SN
AMFM N
S
B
f
N
S
2
5,4
Ví duï: FM phaùt thanh coù thoâng soá
B=15 KHz. Thay vaøo coâng thöùc ( khoâng keå ñoä lôïi deemphasis)
Chính vì lyù do treân maø coâng suaát aâm thanh ñieàu taàn nhoû hôn nhieàu coâng suaát hình (AM neùm moät phaàn bieân döôùi) trong maùy phaùt truyeàn hình. Tyû leä coâng suaát aâm thanh treâncoâng suaát hình laø 1/5 hoaëc 1/10. FM coù tính choáng nhieãu cao so vôùi AM, SSB. Noù ñöôïc duøng nhieàu trong thoâng tin voâ tuyeán coá ñònh, di ñoäng cuûa daân duïng quaân söï, caûnh saùt, caáp cöùu y teá, cöùu hoaû v.v...
dB
NSNS
dBAM
FM 2015
75.5,4lg20
2
KHzf 75max