Bài giảng Điện tử cho Công nghệ thông tin - Chương 4: Điều chế và hệ thống điều chế biên độ - Trần Tuấn Vinh

Nhận xét:Giá trị của ma luôn thuộc khoảng [0,1].Bằng 0 tương ứng với không điều chếBằng 1 tương ứng với điều chế đầy (full modulation)Copyright (c) 8/2009 by KTMT19Ví dụ 4.1Nếu A=100V và B=20V, xác định phần trăm điều chế, đỉnh sóng mang, đỉnh giá trị của tín hiệu thông tina. b. Trị trung bình của hai giá trị đỉnh - đỉnh chính là giá trị đỉnh - đỉnh biên độ của sóng mang chưa điều chế 2Ec. Do đó đỉnh sóng mang có thể được tính theo A, B như sau Ec=30V pkEm=maEc=0.667x30V pk=20V pkCopyright (c) 8/2009 by KTMT20Chỉ số điều chếNếu thêm một tín hiệu sin ( như là một hợp âm của nhạc) điều chế sóng mang, khi đó chúng ta thu được kết quả: Chỉ số điều chế bằng giá trị trung bình RMS của mỗi sóng sin tạo ra: Copyright (c) 8/2009 by KTMT21Phổ AM và băng tầnTừ công thức biểu diến tín hiệu điều biên ta có thể biến đổi:e(t) = (Ec+Emcos 2fmt)cos 2fct = Ec cos 2fct+Emcos 2fmt cos 2fctÁp dụng : 2CosAcosB = [cos(A+B)+cos(A-B)] e(t)= Ec cos 2fct+ (Emcos 2(fc-fm)t + Emcos 2(fc+fm)t)/2Thông thường tần số sóng mang tối thiểu gấp 100 lần tần số sóng điều chế (về lý thuyết fc>2fm là đạt yêu cầu)Copyright (c) 8/2009 by KTMT22Phổ AM và băng tầnSự điều biên là tổng của ba thành phần tần số: E(t) = Eccos(2fct) phần sóng mang + Em /2cos 2(fc-fm)t phần biên tần phía dưới(LSB) + Em/2cos 2(fc+fm)t phần biên tần phía trên(USB)Biểu thức này cho ta các thông số về phổ tần, băng tần, và công suất. Copyright (c) 8/2009 by KTMT23Phổ AM và băng tầnCopyright (c) 8/2009 by KTMT24Phổ AM và băng tầnCó 6 trường hợp cộng pha khác nhau minh hoạ quá trình cộng biên độ tức thời của tín hiệu điều biên. Chú ý thành phần USB (fc+fm) là một thành phần tần số cao hơn fc, là thành phần luôn đứng trước sóng mang, còn LSB (fc-fm) là tần số thấp hơn, luôn đứng sau sóng mangNhận xét: Bạn có thể thấy trong hình minh hoạ ở đây là với biên độ của mỗi biên tần bằng một nửa biên độ tần số sóng mang thì đường bao của tín hiệu điều biên sẽ bằng 0. Tương ứng với giá trị lớn nhất cho phép của Em là Em=Ec và m=1 hay còn gọi là điều chế 100%Copyright (c) 8/2009 by KTMT25Phổ AM và băng tầnNhư chỉ ra trong hình b, c là trường hợp điện áp điều chế quá mức và kết quả là đỉnh bị cắt xén và bị méo, điều đó có nghĩa là méo hài được sinh ra. Đây không phải lầ trường hợp méo điều chế duy nhất trong khi thu, việc cộng hai biên tần thường sinh ra hiện tượng vượt quá băng tần cực đại cho phép. Copyright (c) 8/2009 by KTMT26Phổ AM và băng tầnVới tín hiệu truyền thanh điều biên thương mại, Uỷ ban truyền thông liên bang FCC (Federal Communication Commission) đã quy định biên tần là 10kHz bởi mỗi tần số mang được tạo ra từ 540kHz đến 1600kHz và cách nhau 10kHz. Điều này có nghĩa là tần số điều chế cực đại để chắc chắn không bị méo là 5kHz. Mặt khác việc truyền tín hiệu trên tần số lân cận bị trùm phổ bởi hiện tượng nhiễu giao thoa và được gọi là xuyên âm (cross talk).Copyright (c) 8/2009 by KTMT27Phổ AM và băng tầnBăng tần của tín hiệu điều biên có thể xác định dễ dàng từ phổ tần số,Toàn bộ tín hiệu điều biên có băng tần rộng 2fm với vạch trung tâm là sóng mang. (fc+fm)- (fc-fm)=2fm=BW. Ví dụ nếu sóng mang 1MHz được điều chế bởi âm 5kHz, băng tần yêu cầu để truyền và nhận được trọn vẹn tín hiệu điều biên là 2x5kHz=10kHz, xung quanh tần số trung tâm 1MHz. Copyright (c) 8/2009 by KTMT28Công suất trong tín hiệu điều biênCông suất tin hiệu điều biên được xác định từ e(t)= Ec cos 2fct+ Emcos 2(fc-fm)t + Emcos 2(fc+fm)t Nếu tín hiệu điện áp thu trên một ăngten có trở kháng thực R, thì công suất của mỗi thành phần sẽ được xác định theo các đỉnh của mỗi dao động hình sin:Sóng mang có: Pc=Ec2/2RHai sóng còn lại có : Copyright (c) 8/2009 by KTMT29Công suất trong tín hiệu điều biêntổng cống suất trong tín hiệu điều biên sẽ là tổng các công suất : Ptotal = P c+PLSB+PUSB= Copyright (c) 8/2009 by KTMT30Ví dụ 4.2Xác định công suất mỗi thành phần phổ của tín hiệu điều biên của ví dụ 4.1 trong trường hợp Ec=30Vpk và m là 66.7%. Cho trở kháng hiệu dụng là 50. Giải :Công suất tổng cộng: Pt=9W+1W+1W=9W(1+ )=11WCopyright (c) 8/2009 by KTMT31Tín hiệu điều chế không sinKhi tín hiệu phức tạp không sin điều biên một sóng mang, phổ tần cho chúng ta biết nhiều hơn những gì mà máy hiện sóng hiển thị.Điều này được chỉ ra trong hình dưới với tín hiệu của một chương trình phát thanh điển hình. Thông tin là hàm biến đổi liên lục nhưng có một tần số giới hạn trên. Hình c chỉ ra rằng thông tin tín hiệu có tần số thấp nhất từ dc(f=0) đến fm(max), nhưng hầu hết thông tin nằm ở phần dải tần thấp của tần số. Tín hiệu thông tin biểu diễn dạng thời gian được chỉ ra trong hình a và trong hình c là phổ của tín hiệu.Copyright (c) 8/2009 by KTMT32Tín hiệu điều chế không sinPhổ tín hiệu điều chế trên hình d bao gồm phần biên tần cao hơn và thấp hơn của sóng mang. Hình này chỉ rõ rằng băng tần thông tin của tín hiệu điều biên là 2fm(max)Copyright (c) 8/2009 by KTMT33Tín hiệu điều chế không sinĐể phân tich phổ tín hiệu ta sử dụng biến đổi Fourier chuyển từ miền thời gian sang miền tần số.uAM(t)=Ec(t)cos 2fct+m(t)cos 2fctVAM(f)=Ec.1/2[(f-fc)+ (f+fc)]+1/2[M(f-fc)+ M(f+fc)] Đối với phổ tín hiệu lý tưởng hai phía của hình a, việc vẽ biến đổi Fourier của vAM(t), VAM(f), được chỉ trên hình bCopyright (c) 8/2009 by KTMT34Tín hiệu điều chế không sinNếu tín hiệu điều chế dạng số, biên độ sóng mang dịch chuyển giữa các trạng thái số, và tín hiệu được truyền gọi là amplitude-shift keying (ASK). Trong trường hợp đặc biệt nếu tín hiệu truyền chỉ dùng hai trạng thái on và off để truyền tin thì tiến trình đó được gọi là on-off keying (OOK). Copyright (c) 8/2009 by KTMT35Tín hiệu điều chế không sinĐiều này được chỉ ra bởi một xung hẹp trong hình. Nếu tín hiệu sóng mang có dạng: Copyright (c) 8/2009 by KTMT36Tín hiệu điều chế không sinBiến đổi Fourier của tín hiệu ta có:VớiĐược gọi là tỷ trọng xung (duty cycle) và T là chu kỳ xung (nghịch đảo của tần số lặp, PRF)\Copyright (c) 8/2009 by KTMT37Giải điều chế AMCopyright (c) 8/2009 by KTMT38Khi thu được một tín hiệu AM, có thể giải điều chế để khôi phục thông tin ban đầu. Tín hiệu AM giải điều chế được biểu diễn trên hình dưới với sóng mang 35kHz, được điều chế bởi sóng âm 5kHz. Giải điều chế AMCopyright (c) 8/2009 by KTMT39Giải điều chế AMĐể có thể tách lọc tín hiệu tần số 5kHz ta có thể sử dụng sơ đồ mạch lọc như sau:Diode ở đây có thể đảo chiều do tín hiệu có cả 2 nửa âm dươngCopyright (c) 8/2009 by KTMT40Giải điều chế AMXem xét mạch lọc trong 2 trường hợp có tụ điện hoặc không có tụ điệnCopyright (c) 8/2009 by KTMT41Mạch lọc không mắc thêm tụ điệnThu được tín hiệu có dạng tín hiệu tần số 35kHz biên độ biến đổi theo đường bao sóng mang 5kHzCopyright (c) 8/2009 by KTMT42Mạch lọc mắc thêm tụ điệnLàm giá trị trung bình của tín hiệu giải điều chế tăngTụ điện được nạp đỉnh dương của xung sóng mang trong khi diode làm việcTụ phóng điện đủ chậm qua điện trở sao cho điểm cực đại ngay sau đó ( the very next carrier peak ) sẽ vượt qua v0Copyright (c) 8/2009 by KTMT43Giải điều chế AMChú ý rằng tín hiệu mang tin đã được khôi phục sau giải điều chế (demodulated ) ở đầu ra máy tách sóng v0 là một điện áp có giá trị trung bình khoảng 0.8V. Giá trị trung bình của v0 là giá trị biên độ đã được chỉnh lưu của sóng mang chưa được điều biến ( unmodulated carrier ). Theo cách hiểu như vậy, nó là một chỉ số ( indicator) của cường độ tín hiệu nhận được, và sẽ được sử dụng trong máy thu AM cho bộ điều khiển tự động hệ số khuếch đại (Automatic Gain Control – AGC ).Copyright (c) 8/2009 by KTMT44Méo tín hiệu do cắt chéo. Diagonal Clipping Distortion Giá trị của R và C tại đầu ra của bộ tách sóng phải được chọn nhằm mục đích tối ưu hóa quá trình điều chỉnh.Hiệu ứng cắt chéo là hiệu ứng xảy ra do tụ C quá lớn nên không thể phóng điện đủ nhanh cho v0 theo kịp sự biến thiên nhanh của hình bao AM dẫn đến méo tín hiệuCopyright (c) 8/2009 by KTMT45Méo tín hiệu do cắt chéoRõ ràng hệ số điều chế là một thông số quan trọng, và hằng số thời gian RC thích hợp không chỉ phụ thuộc vào tần số điều chế cao nhất fm (max) mà còn phụ thuộc vào chỉ số điều chếCopyright (c) 8/2009 by KTMT46Cắt các điểm cực đại âm Negative Peak ClippingĐiện trở R được sử dụng ở đầu ra của bộ tách sóng là một biến trở để điều khiển các mức công suất âm thanh ở đầu ra và đồng thời điều khiển âm lượng. Như được minh họa trong hình dưới, tín hiệu mang thông tin đã được khôi phục sau khi điều biến được ghép qua tụ điện với bộ khuếch đại âm thanh.Tụ điện ghép này có điện dung đủ lớn để cho tần số âm thanh thấp nhất đi qua và cách ly điện áp phân cực một chiều (dc bias) của bộ khuếch đại âm thanh và giá trị trung bình (một chiều) của v0Copyright (c) 8/2009 by KTMT47Cắt các điểm cực đại âmCopyright (c) 8/2009 by KTMT48Ví dụCho bộ giải điều chế AM như hình, hãy xác định:1. Tổng công suất chuyển tới mạch của bộ tách sóng nếu trở kháng đầu vào là 1kΩ ( mạch tách sóng có R = 2kΩ).2. v0(max), v0(min), và V0 (một chiều).3. Giá trị trung bình của dòng điện nếu R = 2kΩ .4. Giá trị thích hợp của C nếu R = 2kΩ , fm(max) = 5 kHz và ma= 0.9(max).Copyright (c) 8/2009 by KTMT49Ví dụvi(trung bình) = (1.5 V + 0.5V)/2 = 1 V pk. Điện thế của điểm cực đại đầu vào đối với một phần tử sóng mang chưa được điều biến sẽ là 1V pk. Áp dụng Pt= [1+(0.5)2/2](0.5 mW) = 562.5mW Copyright (c) 8/2009 by KTMT50Ví dụ2. v0(max) = 1.5V - 0.2V= 1.3 V pk v0(min) = 0.5V-0.2V = 0.3V pk v0(một chiều) = v0(trung bình) = (1.3V + 0.3V)/2 = 0.8VI0 (một chiều) = V0(một chiều)/R = 0.8V/ 2kΩ = 400 µA4. Copyright (c) 8/2009 by KTMT51Hệ thống thu sóng điều biên AM Receiver systemsHệ thống thu sóng điều biên cấu tạo như hình dướiCopyright (c) 8/2009 by KTMT52Hệ thống thu sóng điều biênMột máy thu đơn giản như ở hình gọi là một máy thu điều hưởng tần số radio(TRF). Nhiều tầng khuếch đại tần số sóng radio (RF Amplifier Stage) được sử dụng nhằm mục đích cung cấp một công suất tín hiệu cỡ miliwatt tới bộ tách sóng. Mặc dù TRF là một kiểu máy thu khá đơn giản nhưng không sử dụng ở dải sóng ngắn và sóng cực ngắn mà chủ yếu với các bộ khuếch đại tần số thấp và trung bìnhMáy thu đổi tần với một bộ trộn tần số tỏ ra ưu việt hơn trong thu sóng AMCopyright (c) 8/2009 by KTMT53Hệ thống máy thu đổi tầnSự chuyển đổi phổ của một tín hiệu tần số radio từ một vùng tần số này sang vùng tần số khác được thực hiện bằng kết hợp tín hiệu đó với một tín hiệu tuần hoàn nội tại trong một thiết bị không tuyến tính.Tín hiệu tuần hoàn nội tại đó được cung cấp bởi một máy tạo dao động, gọi là máy tạo dao động nội (local oscillator- LO), Thiết bị không tuyến tính ở trên là một phần của mạch có tên là bộ trộn hay bộ biến tần. Kết quả không tuyến tính sẽ tạo ra tổng của các sai phân tần số của máy tạo dao động cục bộ và tín hiệu tần số sóng radioCopyright (c) 8/2009 by KTMT54Hệ thống máy thu đổi tầnQuá trình biến đổi tần số tần số theo tần số nội tại của máy thu gọi là quá trình tạo phách (heterodyning )Sự không tuyến tính là cần thiết để cung cấp về mặt toán học trong việc nhân thời gian giữa tín hiệu LO với tín hiệu tần số sóng radio ( RF ). Copyright (c) 8/2009 by KTMT55Hệ thống máy thu đổi tầnNếu muốn chuyển tín hiệu RF thành tần số thấp hơn, dao động nội thường được lấy tần số cao hơn tần số tín hiệu RF, và sau đó hiệu tần số của hai tín hiệu ( fLO – fRF) được lựa chọn trong khi những tín hiệu khác (fRF, fLO và fLO + fRF ) sẽ bị lọc bỏ.Gần như mọi máy thu tần số cao đều sử dụng kỹ thuật tạo phách này để chuyển đổi ngược tín hiệu thu được thành tín hiệu tần số trung gian (IF - Intermediate Frequency) Copyright (c) 8/2009 by KTMT56Thiết bị thu đổi tần điều biênDải phát sóng AM ở miền Bắc Mỹ nằm trong khoảng từ 535 tới 1605 kHz, với mỗi kênh 10 kHz tính từ 540 tới 1600 kHz ( sai số 20 Hz). Đoạn chia 10 kHz giữa các kênh phát AM cho phép điều biến tối đa ở tần số 5 kHz kể cả hai biên tần. Một chuẩn khác cho việc phát sóng thương mại là máy thu IF cố định tại tần số 455 kHz. Sở dĩ 455 kHz được chọn là vì đó là mức thấp hơn tần số thấp nhất khi truyền nhưng vẫn đủ cao hơn để tránh các nhiễu gây ra bởi các tín hiệu gọi là ảnh ( image ). Nhiễu gây ra bởi các tín hiệu tần số ảnh được xét ở phần sau.Copyright (c) 8/2009 by KTMT57Thiết bị thu đổi tần điều biênLý do quan trọng nhất của việc sử dụng kỹ thuật tạo phách (trộn) trong máy thu đa kênh là cho phép làm việc với một tần số trung gian cố định. Do đó phần lớn hệ số khuếch đại và độ nhạy của máy thu đổi tần được cung cấp bởi các tầng khuếch đại tần số trung gian. tần số trung gian . Tần số của LO sẽ luôn luôn lớn hơn tần số của sóng mang RFCopyright (c) 8/2009 by KTMT58Thiết bị thu đổi tần điều biênVí dụ, ta có = 560 kHz và với một máy thu đổi tần AM, bộ tạo dao động nội LO sẽ có tần số : = 560 + 455 = 1015 kHzĐương nhiên, việc điều chỉnh tới một tần số thu mới dễ dàng thực hiện được bởi các tụ điện của mạch điều hưởng RF và LO ( tụ xoay hai ngăn). Người sử dụng chỉ việc điều chỉnh một trục xoay trên toàn băng sóng nhờ một tụ xoay hai ngăn hoặc một biến trở thay đổi điện áp của các diode biến dung (gọi là điều hưởng điện tử – electronic tuning ).Copyright (c) 8/2009 by KTMT59Lựa chọn tần số trung gian(IF) và đáp ứng ảnhKhi thiết kế một máy thu cần phải lưu ý đến việc lựa chọn một tần số trung gian thích hợp cho hệ thống. Phần lớn các quyết định đều dựa trên việc tối thiểu hóa các nhiễu của máy thu và tối ưu hóa độ chọn lọc -selectivity Độ chọn lọc của một máy thu được xác định bởi việc lọc bỏ tại đầu vào máy thu các tần số nằm ngoài dải sóng tín hiệu cần thu. Nhiễu trong gây ra bởi các máy tạo dao động, nguồn cung cấp và thậm chí cả mạch điều biến. Nhiễu ngoài gây ra bởi các hiện tượng điện tự nhiên và nhân tạo, thêm vào đó là quá trình truyền của kênh khác.Nhiễu tần số quan trọng từ quá trình truyền bao gồm cả nhiễu từ kênh lân cận và các nguồn tần số ảnhCopyright (c) 8/2009 by KTMT60Lựa chọn tần số trung gian(IF) và đáp ứng ảnhKênh lân cận ( adjacent channel ), là những kênh ở sát bên trên và dưới kênh muốn thu, các kênh này bị lọc bỏ chủ yếu bởi các bộ lọc IFCopyright (c) 8/2009 by KTMT61Lựa chọn tần số trung gian(IF) và đáp ứng ảnhCó vẻ dễ dàng lọc bỏ các kênh lân cận ngay tại đầu vào của máy thu, nhưng có hai lý do làm điều đó trở nên khó thực hiện. Lý do đầu tiên là mạch đầu vào của RF có thể phải điều hưởng một dải tần số khá rộng, ví dụ điều hưởng một dải tần tỷ lệ 3:1 ( 540 – 1600 kHz). Duy trì một hệ số phẩm chất Q cao và dải thông tần không đổi trong một mạch như vậy là rất khó, đặc biệt là với các mạch có tính chất trở kháng thấp. Các bộ lọc tốt đòi hỏi độ lọc cao, phẩm chất mạch Q caoCopyright (c) 8/2009 by KTMT62Lựa chọn tần số trung gian(IF) và đáp ứng ảnhLý do thứ hai là phải sử dụng các bộ lọc đa cực yêu cầu suy giảm mạnh các nhiễu tạo bởi các kênh lân cận. Tuy nhiên, điều chỉnh một bộ lọc đa cực từ tần số kênh này tới kênh khác trong cả dải tần rộng là không khả thiLý do khác trong sự lựa chọn tần số IF là cần phải gạt bỏ các nhiễu từ các tín hiệu ảnh. Tần số ảnh là tần số lớn hơn tần số của OL một lượng bằng tần số IF được tính bằng:Copyright (c) 8/2009 by KTMT63Lựa chọn tần số trung gian(IF) và đáp ứng ảnhGiả sử tần số ảnh không bị lọc bỏ trước bộ trộn. Với một nhiễu tại tần số ảnh đi vào bộ trộn, sẽ không thể lọc bỏ được nó nữa. Ví dụ, một tín hiệu đến từ một nguồn nào đó được truyền với tần số 1.910 MHz đi vào bộ trộn khi máy thu AM ( IF = 455 kHz) được điều chỉnh để thu sóng ở kênh tần số = 1 MHz. Bộ tạo dao động nội có tần số 1.455 MHz và tín hiệu nhiễu tại 1.910 MHz; do đó hiệu tần số là 1.910 MHz – 1.455 MHz = 455 kHz – đúng bằng tần số trung gian IF của máy thu! Không có cách nào để bộ lọc IF tránh được nhiễu này. Copyright (c) 8/2009 by KTMT64Hệ số khuếch đại và độ nhậy của máy thuSơ đồ khối của máy thu đổi tần ở hình dưới là rất tổng quát và không nói rõ số lượng các tầng khuếch đại RF và IF cần thiết. Thực tế, đây là công việc đầu tiên trong khi thiết kế mạch thu. Số lượng các tầng khuếch đại được xác định từ yêu cầu của độ chọn lọc và công suất tín hiệu cần thiết đủ để tách sóng. Copyright (c) 8/2009 by KTMT65Công suất yêu cầu của mạch tách sóngCông suất yêu cầu đủ cho mạch tách sóng phụ thuộc vào loại mạch tách sóng được sử dụng. Đối với một mạch tách sóng AM dạng thụ động sử dụng diode germani, chúng ta cần một công suất tải cỡ mW (couple-of- miliwatts). Giả sử 90% tín hiệu AM thu được, máy thu cần phải khuếch đại nó đủ lớn để làm diode dẫn dòng thuận đượcCopyright (c) 8/2009 by KTMT66Công suất yêu cầu của mạch tách sóngĐể tránh méo tại các điểm biên độ âm của tín hiệu âm, biên độ dương nhỏ nhất của sóng mang Vmin cần phải đủ lớn để diode vẫn đẫn dòng thuận. Điện áp an toàn cho Vmin là khoảng 0.2 V, bao gồm việc cả việc dẫn thuận cho diode và tổn hao I2R trong điốt và mạch tách sóng. Trong hình dưới, VC là giá trị trung bình giữa A và B, như vậy: VC = (A – B)/4 Copyright (c) 8/2009 by KTMT67Công suất yêu cầu của mạch tách sóngDo B/2 = Vmin, nên : ma = (A-B)/(A+B) A = [(1+ma)/(1-ma)]B  thay thế vào VC = (A+B)/4Với m = 0.90, VC = 1/2 ( 1.9/0.1 +1 )Vmin = 10Vmin. Do đó, chúng ta có VC = 10Vmin= 2 V pk. P =VC2 /2R ( với VC là điểm cực đại ) và thông thường trở kháng tương đương của mạch tách sóng là 1kΩ . Kết quả là 2 mW công suất đòi hỏi cần thiết cho bộ tách sóngCopyright (c) 8/2009 by KTMT68Công suất yêu cầu của mạch tách sóngThông tin khác cần biết để xác định hệ số khuếch đại yêu cầu là độ nhậy của máy thu. Độ nhậy của một thiết bị điện tử tín hiệu yếu nhất ở đầu vào đủ để xác định đầu ra. Ví dụ, độ nhậy của một Vôn-mét có thể phát biểu như sau : “ điện thế nhỏ nhất yêu cầu ở đầu vào để kim chỉ dịch chuyển” hoặc “ điện thế nhỏ nhất yêu cầu để nhận thấy sự đổi hưởng của kim”. Rõ ràng là, đối với một Vôn-met điện, hệ số khuếch đại càng lớn thì độ nhậy cũng càng lớn. Điều này cũng đúng với các máy thu khác. Vậy chúng ta có thể định nghĩa độ nhậy của một máy thu như là tín hiệu đầu vào tối thiểu khi điều chế 90%AM, để có tín hiệu ở đầu ra ( về âm thanh hoặc là điện áp ).Copyright (c) 8/2009 by KTMT69Công suất yêu cầu của mạch tách sóngMột vấn đề khác cũng ảnh hưởng đến độ nhạy các máy thu là khả năng phân biệt tín hiệu và nhiễu .Thông số quan trọng nhất trong việc xác định phẩm chất của thông tin nhận được là tỷ lệ tín hiệu-nhiễu. Điều này dẫn tới định nghĩa độ nhậy của máy thu như là “ tín hiệu tối thiểu yêu cầu ở đầu vào, khi điều biến tại 90%AM, để xuất hiện một tỷ lệ tín hiệu- nhiễu yêu cầu ở đầu ra”. Cũng như vậy, máy thu tín hiệu số được xác định độ nhậy bởi tốc độ lỗi bit ( BER- Bit Error Rate ) của dữ liệu đầu ra. BER có thể dễ dàng đo được, có quan hệ trực tiếp với tỷ lệ tín hiệu-nhiễu tại đầu ra máy thu, như chúng ta đã thấy trong chương nói về hệ thống truyền số. Copyright (c) 8/2009 by KTMT70Mức công suất đơn vị dBm và dBWĐơn vị được sử dụng rộng rãi để biểu thị mức công suất là decibels ( dB). Hai mức công suất rất hay sử dụng trong truyền thông là dBm với đơn vị công suất chuẩn 1 mW dBW với đơn vị công suất chuẩn 1 W.Mức công suất P được tính bằng dBm : P (dBm) = 10log(P/1 mW) và bằng dBW : P (dBW) = 10log(P/1 W)Copyright (c) 8/2009 by KTMT71Ví dụ Một máy thu ăng-ten có điện thế đầu ra là 10µV nối với một máy thu có điện trở vào 50 Ω.a. Xác định mức công suất vào theo dBm và dBW.b. Máy thu có một bộ khuếch đại RF với hệ số khuếch đại là 10 dB và một bộ trộn với tổn hao đổi tần là 6 dB, sau đó là một bộ lọc đa cực với tổn hao 1 dB. Nếu một bộ khuếch đại IF có hệ số khuếch đại 20 dB, xác định số lượng bộ khuếch đại loại đó cần thiết để cung cấp ít nhất 0 dBm (1 mW) tới bộ tách sóng.c. Vẽ sơ đồ khối của máy thu đổi tần AM, chỉ rõ mức công suất theo dBm tại mỗi khối.Copyright (c) 8/2009 by KTMT72Ví dụCông suất đầu vào máy thu:Copyright (c) 8/2009 by KTMT73Ví dụVới hệ số khuếch đại 10 dB, đầu ra bộ khuếch đại RF sẽ bằng - 87 dBm + 10 dB = -77 dBm.Vì tổn thất 6 dB của bộ trộn và 1 dB của bộ lọc trong dải thông, công suất đầu vào IF sẽ là P (dBm) = - 77 dBm + (-7dB) = -84 dBm.Hệ thống IF cần phải có một hệ số khuếch đại tổng quát P0/Pi hoặc P0(dBm) - Pi(dBm) = 0 - (-84) = 84 dB. Chú ý rằng hệ số khuếch đại này, là tỷ số công suất, tính theo dB. Với 20 dB cho một bộ khuếch đại, chúng ta cần năm bộ khuếch đại, một trong số đó chỉ cần độ lợi là 4 dB.Copyright (c) 8/2009 by KTMT74Ví dụCopyright (c) 8/2009 by KTMT75Một số giá trị chuyển đổi hay sử dụngCopyright (c) 8/2009 by KTMT76AGC và dải độngỞ ví dụ trên chúng ta đã thiết lập một sơ đồ khối đầy đủ để đảm bảo rằng có khả năng giải điều chế một tín hiệu rất yếu - 87 dBm. Vấn đề tiếp theo là điều gì sẽ xảy ra nếu tín hiệu nhận được mạnh hơn. Tuy nhiên việc thay đổi tỷ số điều chế là không có nhiều ý nghĩa.Copyright (c) 8/2009 by KTMT77AGC và dải độngCần xem xét những hậu quả của sự khuếch đại lên đáng kể mức tín hiệu - 87 dBm. Trong một hệ thống điều chế biên độ, hậu quả này có thể làm méo tín hiệu thu được do bộ khuếch đại IF trở nên quá tải và cắt biên độ của hình bao AM. Một tín hiệu AM mà bị cắt biên độ như vậy trong một hệ thống IF không tuyến tính được minh họa trong hình cùng với tín hiệu đầu ra giải điều chế đã bị méo.Hiển nhiên khi đầu ra âm thanh bị cắt từ bộ giải điều chế phát ra loa sẽ bị méo khi qua bộ khuếch đại.Cuối cùng, nếu tín hiệu nhận được là rất lớn, tất cả các biến điệu của biên độ có thể bị cắt bỏ gây ra sự mất mát thông tin. Điều này được minh họa trong hìnhCopyright (c) 8/2009 by KTMT78AGC và dải độngCopyright (c) 8/2009 by KTMT79AGC và dải độngTại sao một sự biến đổi cường độ lớn như vậy của tín hiệu lại có thể xuất hiện? Một ví dụ để tưởng tượng là máy thu của chúng ta đang nằm trong một ô tô chạy xuyên qua thành phố. Những tòa nhà lớn và những con đường ngầm sẽ làm suy giảm mạnh mẽ tín hiệu. Sự biến đổi độ lớn của tín hiệu như vậy đòi hỏi người thiết kế máy thu xây dựng một bộ điều khiển tự động các mức của tín hiệu. Tỷ số giữa cường độ lớn nhất và nhỏ nhất của tín hiệu mà một máy thu vẫn hoạt động bình thường gọi là dải động hệ thống ( system dynamic range ).Copyright (c) 8/2009 by KTMT80AGC và dải độngMột hệ thống điều biến biên độ hoạt động trong một môi trường có dải động lớn cần phải được thiết kế để duy trì sự tuyến tính trong các bộ khuếch đại IF bằng cách tự động điều khiển hệ số khuếch đại ( AGC- Automatic Gain Control), có tác dụng giữ cho tín hiệu IF ở mức không đổi tại đầu ra.Copyright (c) 8/2009 by KTMT81AGC và dải độngCopyright (c) 8/2009 by KTMT82AGC và dải độngHệ số khuếch đại của tầng Emitter chung là Av = - RC/re = - RC.Ie/0.026, tỷ lệ với dòng ở cực C ( collector) và dòng collector tỷ lệ theo hàm e mũ với điện áp phân cực B-E. Điều này được minh họa trong hình dưới, khi điện áp phân cực dưới điện áp cắt VCi thì IC bằng 0. Với transistor lưỡng cực silic, VCi = 0.55V. Trên điểm này, hệ số khuếch đại ( hay IC) tăng rất nhanh khi điện áp B-E tăng tới 0.6V, và thông thường transistor bão hòa tại VBE > 0.8 V.Copyright (c) 8/2009 by KTMT83AGC và dải độngCopyright (c) 8/2009 by KTMT84Nhiễu máy thu.Trong số rất nhiều loại nhiễu đã xét, phần lớn nhiễu xuất hiện ở đầu vào các máy thu bao gồm nhiễu nhiệt và nhiễu vạch. Nhiễu vạch xuất hiện với dòng điện phân cực trong các thiết bị như điốt, transistor và các đèn điện tử chân không.Công suất nhiễu nhiệt của máy thu chỉ tỷ lệ với nhiệt độ và độ rộng dải tần. Điều này được chỉ ra trong phương trình Nth = kTB (1)Copyright (c) 8/2009 by KTMT85Nhiễu máy thuKhi tính toán công suất máy thu theo dBm, sẽ rất thuận tiện khi biểu diễn nhiễu nhiệt theo dBm. Điều này được suy ra từ phương trình (1) như sau:10log(kTB) = 10 logkT + 10 log BVới k = 1.38x10-23 W.s/K và T coi như bằng 290 K, chúng ta thu được phương trình như sau:Nth(dBm) = - 174dBm +10logB Copyright (c) 8/2009 by KTMT86Nhiễu máy thu.Nhiễu trong mạch được xác định bởi một transistor hoặc một điốt có sẵn trong tài liệu của nhà sản xuất và được gọi là đặc tính nhiễu của thiết bị.Đặc tính nhiễu được tính theo đơn vị dB và cho ta biết số lượng nhiễu được tạo ra trong thiết bị cùng với nhiễu nhiệt kTB ( nhiệt độ coi như bằng 290 K). Do vậy, tổng công suất nhiễu của máy thu, tính theo dBm, của nhiễu nhiệt và đặc tính nhiễu là :N = (kTB)(NR)hoặc theo dBmN(dBm) = ( - 174 dBm + 10logB) + NF(dB) với NF là tổng nhiễu vạch của hệ thống.Copyright (c) 8/2009 by KTMT87Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)Chất lượng của thông tin truyền qua một hệ thống truyền tin phụ thuộc vào lượng nhiễu của hệ thống.Một hệ thống thông tin quen thuộc đối với chúng ta là ti vi. Khi tín hiệu nhận được từ khoảng cách truyền xa là rất yếu, nhiễu có thể làm giảm chất lượng hình ảnh (nhận được từ tín hiệu video) và âm thanh (nhận được từ tín hiệu audio). Thống kê cho thấy để hình ảnh có chất lượng tốt đòi hỏi tỉ lệ tín hiệu – nhiễu (S/N) phải lớn hơn 40 dB. Điều này có nghĩa là cường độ tín hiệu S phải lớn hơn cường độ tín hiệu nhiễu N : 40 dBCopyright (c) 8/2009 by KTMT88Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)Một chiếc ti vi chuẩn (typical) nhận tín hiệu có nhiễu 12 dB và dải thông IF 6 MHz. Do đó, cường độ nhiễu đưa tới đầu vào là N (dBm) = (-174 dBm + 10 log 6 * 106 Hz) = -94.2 dBm. Tương đương với 380 pW cường độ tín hiệu, hay 337 V với 300  trở kháng đầu vào.Copyright (c) 8/2009 by KTMT89Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N)Với một cách tính khác và đầy đủ hơn về S/N, nếu chỉ nhận được 100 V ở ăng ten