Khóa luận Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng bài thí nghiệm tách sóng

đặt vào cực gốc. Khung cộng hưởng LC chọn tín hiệu đã được điều chế. Các điện trở R1, R2 định thiờn phõn ỏp cho tranzito 2.2.3. Điều chế cực góp Hình 2.11: Sơ đồ điều chế cực góp Đặc điểm của sơ đồ này là dùng sơ đồ một máy phát ba điểm. Tín hiệu cao tần U1(ω) do máy phát tạo ra xuất hiện trên khung LC. Tần số dao động cao tần do khung LC quyết định, đồng thời khung LC cũng là khung cộng hưởng để láy tín hiệu cao tần điều chế. Tín hiệu âm tần U2(Ω) làm điều chế qua biến áp đặt trực tiếp vào cực góp của tranzito. Tín hiệu âm tần làm điều chế trong sơ đồ này phải khá lớn thì mới điều khiển được biên độ cao tần ở cực góp của tranzito. III. ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ VÀ ĐIỀU CHẾ PHA 3.1. Nguyên tắc điều chế tần số Biến điệu tần số là tần số của sóng mang biến thiên theo qui luật của tín hiệu cần truyền đi. Hình 2.12: Dạng tín hiệu điều chế tần số Trong nửa chu kỳ đầu của dao động làm điều chế, tần số sóng mang cực đại khi biên độ âm tần cực đại, sau đó giảm dần đến giá trị ω0. Trong nửa chu kỳ sau tần số sóng mang giảm dần đến cực tiểu rồi tăng lên đến ω0. Nguyên tắc chung để thực hiện điều chế tần số là cần tác dụng tín hiệu âm tần cần truyền đi lên một yếu tố nào đó của máy phát cao tần, làm cho tần số của dao động cao tần biến đổi theo qui luật của tín hiệu âm tần. Hình 2.13: Mạch nguyên lý biến điệu Hình 2.13 nêu nguyên tắc biến điệu tần số. Tụ CX có điện dung biến đổi theo qui luật của tín hiệu, làm cho tần số của mạch dao động LC biến đổi theo qui luật của tín hiệu. 3.2. Quan hệ giữa điều tần và điều pha Điều tần và điều pha là quá trình ghi tin tức vào tải tin, làm cho tần số hoặc pha tức thời của tải tin biến thiên theo qui luật của tín hiệu làm điều chế. Tần số và góc pha có mối qua hệ: (2.12) Với tải tin là dao động điều hòa: u1(t) = U1mcosψt = U1mcos(ωt+φ0) (2.13) Từ (2.12) rút ra: (2.14) Thay (2.14) vào (2.13), ta được: (2.15) Giả sử tín hiệu làm điều chế là tín hiệu đơn âm: u2 = U2mcosΩt (2.16) Khi điều tần hoặc điều pha thì tần số hoặc pha của dao động cao tần biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều chế và được xác định: ω(t) = ω0 + KđtU2mcosΩt = ω0 + ΔωmcosΩt (2.17) φ(t) = φ0 + KđpU2mcosΩt = φ0 + ΔφmcosΩt (2.18) Trong đó Δωm , Δφm là lượng di tần và pha cực đại. Khi điều tần thỡ thỡ gúc pha ban đầu không đổi, do đó φ(t) = φ0. Thay 2.17 và 2.18 vào 2.15 và lấy tích phân lên ta được biểu thức của tín hiệu đã điều tần và điều pha: (2.19) (2.12) Lượng di pha đạt được khi điều pha là: Δφ = ΔφmcosΩt. Tương ứng có lượng di tần: Δω = dΔφ/Δt = ΔφmΩsinΩt (2.21) Lượng di tần cực đại khi điều pha: Δωm = ΔφmΩ = ΩKđpU2m (2.22) Từ (2.21) và (2.22) ta thấy rằng sự khác nhau cơ bản giữa điều tần và điều pha là luộng di tần khi điều pha tỉ lệ với biên độ điện áp và tần số tín hiệu làm điều chế, còn lượng di tần điều tần tỉ lệ với biên độ điện áp làm điều chế. Vì vậy từ một mạch điều chế pha có thể lấy ra tín hiệu điều chế tần số nếu trước khi đưa vào điều chế pha đưa qua mạch tích phân. Và ngược lại, có thể lấy tín hiệu điều pha tuef một mạch điều tần nếu tín hiệu điều chế được đưa qua mạch vi phân trước khi đưa vào điều chế tần số: 3.3. Phổ của dao động đã điều tần và điều pha Trong biểu thức 92.17), cho φ0 = 0, đặt Δφm/Ω = Mf gọi là hệ số điều tần, ta sẽ có biểu thức điều tần: uđt(t) = U1mcos(ω0t + MfsinΩt) Tương tự ta có biểu thức của dao động điều pha: uđp(t) = U1mcos(ω0t + McosΩt) Trong đó M = Δφm Thông thường tín hiệu làm điều chế là tín hiệu bất kỳ gồm nhiều thành phần tần số. Lúc đó tín hiệu điều chế tần số và điều chế pha có thể biểu diễn tổng quát theo biểu thức: Nếu không xột độn pha thì phổ của tín hiệu diều tần và điều pha là giống nhau, gồm thành phần tải tần ω0 và vô số cỏc biờn tần ω0 + nΩ. Các tính toán trờn đó chỉ ra rằng độ rộng dải tần của tín hiệu điều chế tần số không phụ thuộc vào tin tức: D = 2Δωm Nhưng điều chế pha băng tần lại phụ thuộc tần số tín hiệu làm điều chế: D = 2ΩΔωm 3.4. Mạch điều tần và điều pha 3.4.1. Sơ đồ điều tần dùng VARICAP. Hình 2.14: a) Sơ đồ mạch điều chế tần số b) Đặc trưng Vụn-Ampe của điốt biến dung Trờn hình là sơ đồ mạch thực hiện điều tần dùng điốt biến dung (Điốt biến dung có điện dung thay đổi phụ thuộc vào điện áp ngược biểu diễn bằng đường đặc trưng Vụn-Ampe như hình vẽ b). Tranzito cùng với tụ điện C1, R1, khung dao động L2C2 tạo thành máy phát cao tần ω. Người ta mắc điốt biến dung vào mạch khung dao động L2C2 của máy phát cao tần. Các tụ C3,C4 có điện dung khá lớn nờn cỏc tụ này coi như ngắn mạch đối với cao tần, nhưng đối với âm tần tác dụng vào mạch làm điện dung của điốt biến dung thay đổi, do đó làm điện dung của mạch L2C2 thay đổi. kết quả là tần số của máy phát cao tần thay đổi theo qui luật của tín hiệu âm tần. Vậy mục đích điều tần đạt được. Chú ý: Trong điều tần có xảy ra điều biên kèm theo, nhưng người ta tìm cách khử nó đi chỉ để lại điều tần. Mạch khử được điều biờn đú được gọi là bộ hạn biên. 3.4.2. Điều tần dùng Tranzito điện kháng Phần tử điện kháng (dung tính hoặc cảm tính) có trị số biến thiên theo điện áp điều chế đặt trờn nó được mắc song song với hệ dao động cảu bộ dao động, làm cho tần số dao động thay đổi theo tín hiệu làm điều chế. Phần tử điện kháng được thực hiện nhờ một mạch di pha trong mạch hồi tiếp của BJT. Có bốn cách mắc phần tử điện kháng như hình vẽ: Với mạch phõn ỏp RC ta tính được: Rõ rang khi điện áp điều chế đặt vào Bazo của phần tử điện kháng thay đổi thì S thay đổi và do đó các tham số Ltđ, Ctđ thay đổi làm cho tần số dao động thay đổi. Điều tần dùng phần tử điện kháng có thể đạt được lượng di tần tương đối (Δf/ft) khoảng 2%. Hình 2.15: Sơ đồ mạch tạo dao động điều tần phần tử điện khỏng phõn ỏp RC. 3.4.3. Mạch điều pha theo Amstrong Tải tin thừ thạch anh đưa đến bộ điều biên 1 (ĐB1) và điều biên 2 (ĐB2) lệch pha 900, còn tín hiệu điều chế u2 đưa đến hai mạch điều biên ngược pha. Điện áp ra trên hai bộ điều pha: Đồ thị véc tơ của tín hiệu và cỏc véc tơ tổng của chúng là một dao động được điều chế pha và biên độ, Điều biên ở đây là điều biên ký sinh. Để hạn chế điều biờn kớ sinh ta chọn Δφ nhỏ (Δφ<0.35). 3.5. Bộ hạn biên Bộ hạn biờn dựng để khử điều biên và do đó có thể khư nhiễu vì nhiễu trên đường truyền chủ yếu tác động vào biên độ, nên sau khi xộn biờn tín hiệu điều tần coi như không ảnh hưởng. Nguyên lý của bộ hạn biên dựa trên tính chất của yếu tố phi tuyến (điốt). Hình 2.15: a) Đặc tuyến bộ hạn biên b) Sơ đồ nguyên lý bộ hạn biên Trên sơ đồ, bộ R1, E1 có tác dụng dịch đặc tuyến của D1 về phía õm, cũn bộ R2, E2 có tác dụng dịch đặc tuyến của D1 về phía dương. D = 2ΩΔωm CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT TÁCH SểNG Để nghiên cứu thực nghiệm về tỏch súng, ta cần phải tìm hiểu về lý thuyết tỏch sóng. Tỏch sóng là quá trình tách tín hiệu âm tần ra khỏi sóng mang cao tần. Ở nơi phát người ta thường dùng hai cách điều chế là điều chế biên độ và điều chế tần số, nên ta tìm hiểu hai loại tỏch súng là tỏch súng điều biên và tỏch súng điều tần. I. TÁCH SểNG ĐIỀU BIấN 1.1. Lý thuyết tỏch súng điều biên 1.1.1. Tỏch súng phi tuyến Ở nơi thu ta thu được dao động cao tần điều biờn cú dạng: u = U0 ( 1 + McosΩt)cosωt (3.1) Tín hiệu điều biờn cú đặc điểm là biên độ của dao động cao tần biến đổi theo qui luật của tín hiệu âm tần. Hình 3.1: Tín hiệu điều biên Nhiệm vụ của ta là tách tín hiệu âm tần làm điều chế: u2 = UmcosΩt ra khỏi dao động cao tần. Đặt dao động cao tần điều biên u lên yếu tố phi tuyến là điốt có đặc tuyến Vụn–Ampe: i = f(u) = C + au + bu2 + … (3.2) Và được biểu diễn trên hình vẽ: Hình 3.2: a) Đặc trưng Vụn-Ampe của điốt bán dẫn b) Mạch nguyên lý tỏch súng điều biên Thay (1) vào (2) và lấy gần đúng đến số hạng bậc hai ta được: (3.3) (3.4) Trong đó I0 là thành phần dòng điện không đổi, ict là tập hợp các dòng điện cao tần cú cỏc tần số ω, 2ω, ω±Ω, 2ω±Ω, 2(ω±Ω). Mục đích của ta là thu được thành phần âm tần có tần số Ω có dạng (hình 3.3) Hình 3.3: Tín hiệu âm tần Nhưng thành phần tần số 2Ω rất gần với tín hiệu ta cần thu, do đó rất khó để tách được nó ra. Thành phần này gây ra méo tín hiệu. Vậy có hai thành phần âm tần có tần số Ω và 2Ω được tách ra khỏi thành phần cao tần nhưng chỉ có thành phần tần số Ω là có ích còn thành phần tần số 2Ω gõy mộo phi tuyến. Thành phần tần số 2Ω càng yếu nếu M càng bé tức độ sâu điều chế càng nhỏ. Do đó để hạn chế sự méo tín hiệu thì phải làm giảm thành phần có tần số 2Ω càng nhiều càng tốt, bằng cách ở nơi phát ta điều chế tín hiệu với độ sâu điều chế nhỏ (M nhỏ). Việc xuất hiện thành phần 2Ω là nhược điểm của tỏch súng phi tuyến. Để khắc phục nhược điểm này ta dựng tỏch súng tuyến tính. 1.1.2. Tỏch súng tuyến tính Để cú tỏch súng tuyến tính trong biểu thức 2 ta chỉ cần hạn chế ở số hạng bậc nhất, tức là sự phụ thuộc của dòng i và điện áp u coi là tuyến tính. Muốn đạt được điều này tín hiệu đưa vào tỏch súng phải lớn để ta có thể bỏ qua đoạn cong ở gốc của đặc tuyến Vụn-Ampe và coi nó như là thẳng. Vì thế trước khi tỏch súng tín hiệu thường phải được khuếch đại. Tín hiệu tỏch súng tuyến tính sau khi qua yếu tố phi tuyến là các xung nửa chu kỳ (hình 3.4) Hình 3.4: Nguyên lý tỏch súng tuyến tính Nếu ta đặt tín hiệu cao tần điều chế lên yếu tố phi tuyến là điốt Đ ta sẽ được dòng điện chạy trên tải R có dạng: i = C + aU0(1+McosΩt)cosωt (3.5) = C + Im cosωt Từ biểu thức trên ta có thể khai triển thành chuỗi Fourier như sau: (3.6) (Số hạng bnsinωt = 0 vì bn là hàm chẵn) Trong đó: (3.7) (3.8) (3.10) (3.11) (3.12) Trong khai triển của công thức (3.12) có thành phần âm tần tần số Ω mà không còn thành phần 2Ω nữa. Kết quả này làm cho tín hiệu không còn bị méo phi tuyến. Đây là ưu điểm của phộp tỏch súng bậc nhất. 1.1.3. Tỏch súng kộp (tỏch súng bội áp) Tương tự chỉnh lưu hai nửa chu kỳ ta có thể có sự tỏch súng kộp (tỏch súng bội áp). Trong trường hợp này dòng điện ra có dạng: (3.13) Ta có: Trong biểu thức (14) xuất hiện số hạng hữu ích là thành phần hữu ích có biên độ gấp hai lần tỏch súng thường và không xuất hiện thành phần 2Ω. Vậy mục đích tỏch súng đó đạt được. Hình 4.5: Nguyên lý tỏch súng bội áp 1.1.4. Bộ lọc Sau khi qua điốt tỏch súng ngoài dao động cao tần có ích Ω còn có nhiều dao động cao tần khác. Vì vậy ta cần một bộ lọc tần thấp để lọc cao tần đi và tỏch õm tần ra. Người ta hay dùng bộ lọc RC mà không sử dụng bộ lọc LC vì hai lí do: Một là ta cần lọc lấy thành phần âm tần (tần số thấp), mà , do đó ta cần phải dùng cuộn dây có độ tự cảm lớn, tụ điện có điện dung lớn, như vậy ta khó chế tạo và dụng cụ lại cồng kềnh. Hai là nếu dùng mạch cộng hưởng LC, do cộng hưởng của khung LC mà nó cú sự ưu tiên về một khoảng tần số nào đó, mà mục đích của ta lại không cần sự ưu tiên đó. Hình 4.6: Sơ đồ bộ lọc trong tỏch súng Yêu cầu của bộ lọc là phải khử thành phần cao tần và giữ lại thành phần hữu ích. Có thể hiểu bộ lọc theo nhiều cách: Bộ lọc tạo thành mạch rẽ: Ta phải chọn R và C sao cho dung kháng của tụ điện C đối với thành phần cao tần rất nhỏ so với R () thì thành phần cao tần chỉ đi qua tụ điện mà không đi qua R. Mặt khác dung kháng của tụ C đối với thành phần tần thấp rất lớn so với R , thì thành phần chỉ đi qua R mà không đi qua C. Do đó trên diện trở R ta thu được thành phần hữu ích. Vậy ta cần chọn RC thỏa mãn điều kiện: Cả hai nhánh R và C tương đương với một mạch rẽ có tổng trở Z, có thể tìm theo công thức: Từ đó ta tính được: Nếu chọn RC sao cho >> 1 tức là: thì sẽ rất bé và thành phần cao tần đi qua tải không gây nên độ sụt áp đáng kể, tức là thành phần cao tần bị khử đi. Còn đối với thành phần hữu ích tần số Ω: Nếu chọn R và C sao cho << 1, tức là: Thì và dòng điện hữu ích tần số đi qua sẽ cho sụt áp đáng kể, tức là ta tách được thành phần hữu ích. Hiểu theo bản chất vật lý Thực chất của quá trình lọc là quá trình tích điện và phóng điện của tụ C. Tụ C được tích điện bằng những xung điện, khoảng cách giữa các xung tụ phóng điện qua R (nó khụng phúng qua bộ tỏch súng D vì điện trở ngược của nó lớn). Thực chất của quá trình tích và phóng điện là qui luật biến đổi của điện áp trên tụ C do quan hệ giữa hằng số thời gian τ = RC với các chu kỳ TωTΩ. Ta xét bản chất của quá trình này: Quá trình phóng điện trên tụ là quá trình biến đổi điện áp trên tuân theo định luật hàm số mũ: Ở đây τ = RC là hằng số thời gian (là thời gian phóng điện của tụ). Ta xột cỏc trường hợp + Khi τ = τ1 = RC << Tω << TΩ Khi này mạch phóng điện nhanh đối với cả Ω và ω, tức là ở nửa dương của các chu kỳ tín hiệu liên tiếp được tích vào tụ và phóng nhanh. Nờn trờn tụ luôn có điện áp của tín hiệu vào (có cả cao tần và âm tần) và điện áp trên tụ biến đổi theo đúng các xung dòng điện. Do đó mục đích tỏch súng không thực hiện được. Dạng tín hiệu + Khi τ = τ2 = RC >> TΩ >>Tω Khi này tụ phóng điện chậm, cả thành phần cao tần và âm tần đều được tích vào tụ, ta có điện ỏp trờn tụ gần như không đổi. Trường hợp này tụ C làm việc như mạch lọc xoay chiều nên cũng không dùng để lọc trong mạch tỏch súng được. Dạng tín hiệu + Khi Tω << τ3 << TΩ Nếu chọn RC để τ3 = RC lớn hơn Tω nhiều nhưng vẫn nhỏ hơn nhiều so với TΩ. Lúc này tụ không kịp phóng điện đối với thành phần cao tần vì nửa dương của chu kỳ trước tích vào tụ chưa kịp phóng điện thì nửa dương của chu kỳ sau đã lại đến và tích vào tụ liên tiếp. Nghĩa là tụ được tích điện dần và giá trị điện áp trên tụ tăng cùng với biên độ của xung. Còn đối với thành phần âm tần, vì τ3 << TΩ nên nó kịp phóng điện. Kết quả là trên tụ ta thu được điện áp hữu ích Ω. Dạng tín hiệu Vậy điều kiện của bộ lọc tỏch súng là: 1/ω << RC << 1/Ω 1.2. Các sơ đồ tỏch súng điều biên 1.2.1. Tỏch súng điốt Dùng một điốt bán dẫn tiếp điểm (điốt tỏch súng) để tách sóng, và một bộ lọc hình chữ Π để lọc âm tần. Mạch này được sử dụng phổ biến trong các máy thu thanh điều biên (AM). Hình 3.6: Sơ đồ tỏch súng điốt 1.2.2. Tỏch súng bội ỏp (tỏch sóng kép) Để tăng độ lớn và độ ổn định của tín hiệu tách sóng người ta hay dùng mạch tỏch súng bội áp. Hình 3.8: Sơ đồ tỏch súng bội áp Mạch tỏch sóng bội áp hoạt động như sau: Trong nửa chu kỳ âm của điện áp vào U1, điốt Đ1 phân cực nghịch, không có dòng chạy qua, còn điốt Đ2 phân cực thuận, có dòng điện chạy qua và nạp vào tụ C1, tạo nên trên tụ C1 một điện áp U1 = U. Đến nửa chu kỳ dương của tín hiệu, điốt Đ2 lại phân cực ngược còn Đ1 phân cực thuận nên điện áp ở đầu ra bằng tổng điện áp tớch trờn tụ trong nửa chu kỳ âm cộng với điện váp của nửa chu kỳ dương U’ = U1 + U = 2U. Do vậy điện áp trên R và C đã được nhân đôi lên. Mạch tỏch súng bội áp thường được dùng trong các máy thu khuếch đại thẳng và trước mạch này không cần dùng biến áp 1.2.3. Tỏch súng bằng Tranzito Hình 3.9: Sơ đồ mạch tỏch súng dựng Trên đây là sơ đồ mạch tỏch súng điển hình dùng Tranzito mắc cực phát chung. Mạch này có thể vừa tỏch súng vừa khuếch đại âm tần. Muốn có hiệu quả tỏch súng lớn nhất thì phải định thiên cho UBE khoảng 0.05 - 0.1V để điểm hoạt động ở đoạn cong nhất của đặc tuyến vào. Hiệu quả tỏch súng thực hiện được nhờ tiếp giáp gốc-phỏt của Tranzito, R3 là tải tỏch súng, C2 là tụ thoát cao tần. Mạch này có nhược điểm là mộo tỏch súng lớn, điện trở vào nhỏ ảnh hưởng xấu đến tầng trước. Mạch này ít gặp, nó thường chỉ được dùng trong các máy thu có khuếch đại điện áp tự động điều chỉnh độ khuếch đại và trong các máy thu đơn giản. II. TÁCH SểNG PHA Ở các mạch tỏch súng pha, tín hiệu đầu ra tỉ lệ với hiệu số pha của hai dao động ở đầu vào cú cựng tần số. Hình 3.10 là một mạch tỏch súng điều pha đơn giản Hình 3.10: a) Mạch tỏch súng điều pha đơn giản b) Giản đồ véc tơ điện áp trong tỏch súng pha đơn giản Nguyên lý hoạt động của mạch: Mạch có bộ dao động chuẩn để tạo ra dao động cú cựng tần số với tín hiệu và có pha ban đầu không đổi. Như vậy trên điốt sẽ có hai điện áp uch(t) và uđf(t) với: uch(t) = Uchmcos(ω0t+φch) uđf(t) = Uđfmcos(ω0t+φ(t)) (3.15) Đồ thi véc tơ của chúng trình bày trờn hỡnh 3.10 với pha ban đầu của dao động chuẩn φ = 0. Theo đồ thị đó thi véc tơ tổng đặt lên điốt là: (3.16) Với φ = φ(t) - φch Điện áp đầu ra của bộ tỏch súng cú trị số biên độ tỉ lệ với hiệu pha như sau: (3.17) Trong đó KTS là hệ số truyền đạt của mạch tỏch súng. Theo (3.17) thì quan hệ UTS và φ là một hàm phi tuyến nên mạch làm việc kém hiệu quả, méo phi ruyến lớn. Để mạch làm việc tốt hơn người ta dùng mạch tỏch súng pha phức tạp: Hình 3.11: a) Tỏch súng pha phức tạp b) Giản đồ véc tơ các điện áp Theo sơ đồ ta thấy: UD1 = U1 + Uch ; UD2 = -U1 + Uch Suy ra: (3.18) Nên UTS = KTS(UD1 – UD2) = KTSγUch (3.19) Trong đó Vậy điện áp ra phụ thuộc vào độ lệch tần số và pha của tín hiệu vào. Xét ba trường hợp đặc trưng: φ = 900 thì cosφ = 0 nên γ = 0, điện áp ra của bộ tỏch súng bằng không. φ 0, điện áp ra của bộ tỏch súng dương. φ > 900 thì 0 -1 cosφ < 0, γ < 0, điện áp ra của bộ tách sóng âm. III. TÁCH SểNG ĐIỀU TẦN Nguyên lý của mạch tỏch súng điều tần (hoặc điều pha) là chuyển sự biến đổi về tần số của tín hiệu điều tần thành sự biến đổi về biên độ rồi đưa tín hiệu đến bộ tỏch súng điều biên thông thường mà ta đó xột. Trong thực tế có nhiều phương pháp chuyển sóng điều tần thành điều biên rồi tách lấy thành điều biên rồi tách lấy thành phần âm tần hữu ích. Các phương pháp ấy gọi chung là các phương pháp hay mạch tỏch súng điều tần. Dưới đây là một số mạch tỏch súng điều tần có tính chất nguyên lý được ứng dụng rộng rãi. 2.1. Tỏch súng điều tần lệch cộng hưởng Nguyên lý của mạch tỏch súng điều tần được biểu diễn dưới hình 3.12 : Hình 3.12: Mạch tỏch súng điều tần lệch cộng hưởng Mạch này gồm một khung cộng hưởng LC (có đường cong cộng hưởng khỏ tự) và bộ tỏch súng điều biên thông thường. Mạch này được điều chuẩn để tần số cộng hưởng tự nhiên ω0 lệch về phía thấp hơn hoặc cao hơn so với tần số trung tâm của tín hiệu điều tần, mặt khác chọn sao cho độ biến đổi tần số 2Δω nằm trọn trên phần thẳng của đường cong cộng hưởng thì ta có thể chuyển tín hiệu điều tần thành tín hiệu điều biên. Hình 3.13: Nguyên lý tỏch súng điều tần Từ hình vẽ ta thấy nếu chọn tần số trung tâm ω1 của tín hiệu điều tần ứng với điểm A là đoạn giữa của đoạn thẳng trên sườn phải của đặc tuyến cộng hưởng sẽ có một điện áp tương ứng là Uk. Bây giờ nếu ta đưa vào mạch cộng hưởng một tín hiệu điều tần được biểu diễn bằng biểu thức: ω1 = ω0 + ΔωcosΩt có độ di tần lớn nhất là Δω thì khi tần số là ω1 + Δω tần số càng lệch xa tần số cộng hưởng tự nhiên của mạch, lúc này điện áp trên hai đầu mạch cộng hưởng sẽ giảm nhỏ nhất, từ điểm A tụt xuống điểm B và có biên độ là Uk – ΔU1. Khi tần số dịch về tần số ω0 hơn (ω = ω1 - Δω) lúc này điện áp trên hai đầu cảu mạch cộng hưởng tăng lên từ điểm A đến điểm C và có biên độ là Uk + ΔU2. Như vậy mạch điện sẽ chuyển từ tín hiệu điều tần sang tín hiệu điều biên và dao động điều tần chuyển thành dao động điều biên. Tín hiệu này được bộ tỏch súng điều biờn tỏch lấy thành phần âm tần ra và mục đích tỏch súng đạt được. Điều chú ý ở đây là độ biến đổi biên độ phải lặp lại đúng qui luật của độ biến đổi tần số. Muốn vậy đoạn hoạt động trên đường cong cộng hưởng phải thẳng và đủ dài. Đó là điều khó thực hiện với mạch cộng hưởng đơn. Do đó nó chỉ được dùng trong những máy thu điều tần đơn giản kiểu siêu tái sinh. Để khắc phục nhược điển trên phải làm cho đoạn thẳng của đặc tuyến mà tần số hoạt động xê dịch 2Δω dài thêm ra, muốn vậy ta sử dụng mạch lệch cộng hưởng kép. 2.2. Tỏch súng điều tần dùng mạch lệch cộng hưởng kép Mạch tỏch súng điều tần dùng mạch lệch cộng hưởng kép là mạch kết hợp đặc tuyến hai mạch dao động L1C1 và L2C2 chỉnh lệch nhau ở hai tần số nằm hai bên ω0 ω1 = ω0 – Δω ω2 = ω0 + Δω Trong đó Δω là độ di tần cực đại. Hình 3.14: Bộ tỏch súng điều tần dùng mạch lệch cộng hưởng kép Các điốt Đ1, Đ2 được mắc để khi tần số lệch sang hai bên ω0 thì ta sẽ nhận được các điện áp có cực tính khác nhau trên tải. Trên đặc tuyến tỏch súng, đường nét đứt là đặc tuyến riêng của từng mạch cộng hưởng 1 và 2, còn đường nét liền là đặc tuyến tổng hợp đường này có đoạn thẳng khá dài nghĩa là đạt yêu cầu đặt ra. Nhược điểm của mạch tỏch súng này là hoạt động không ổn định do tần số cộng hưởng có thể bị suy giảm làm thay đổi đặc tuyến tỏch súng. 2.3. Tỏch súng điều tần dùng mạch cộng hưởng kép Để khắc phục nhược điểm của tỏch súng lệch cộng hưởng kép ta dùng mạch tỏch súng cộng hưởng kép. Mạch này như mạch lệch cộng hưởng kép chỉ khác là mắc thêm mạch liên kết giữa hai khung dao động bởi tụ C0 và cuộn dây L0. Trong mạch này ta không chỉnh lệch mà L1C1, L2C2 đều được điều chuẩn về tần số ω0, các khung này liên kết cảm ứng với nhau và liên kết điện dung qua tụ C0. Tải của các mạch là R1C3 và R2C4. Hình 3.15: Mạch tỏch súng điều tần dùng mạch cộng hưởng kép Khi thiết kế L0, C0 phải thỏa mãn điều kiện: Do đó điện áp trên hai đầu quận dây L0 có thể coi gần đúng bằng điện áp trên hai đầu quận dây L1 cho nên có thể xem mỗi điot chịu tác dụng tác dụng của tổng hai điện áp cao tần là điện áp trên khung L1C1 và điện áp trên nửa cuộn dây L2. Điện áp trên ai nửa cuộn dây L2 ngược pha nhau. Bây giờ ta xét hai khả năng: + Nếu đưa điện áp chưa điều tần (có tần số – không đổi) vào mạch tỏch súng thì điện áp âm tần do hai điốt nắn ra bằng nhau và ngược chiều nhau nên ở lõi ra có điện áp bằng không . + Nếu đưa điện áp điều tần (tần số thay đổi ) vào mạch tỏch súng thỡ: - Khi tần số tín hiệu lớn hơn tần số cộng hưởng () thì mạch cộng hưởng bên thứ cấp có trở kháng phức hợp với thành phần cảm kháng lớn hơn nên dòng điện trong mạch L2C2 sẽ chậm pha hơn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong nó, điện áp trên điốt D1 bé hơn điện áp trên điốt D2 và ở mạch ra ta thu được một tín hiệu điện áp ngược dấu với trường hợp trước. Vậy hiệu số điện áp thu được ở mạch ra tỷ lệ với độ lệch tấn số (so với ) của tín hiệu điều tần, nghĩa là tín hiệu có tấn số biến thiên đưa đến đấu vào của mạch tỏch súng đó được biến đổi thành tín hiệu cú bờn độ biến thiên ở đầu ra, tức là mục đích tỏch súng điều tần là đạt được. Hai mạch tỏch súng vừa xét trên đòi hỏi phải có cấu trúc cân xứng để tránh sai sót gây ra méo tín hiệu. Mặt khác chúng cũng gây ra những biến đổi về biên độ. Do đó để nâng cao tỏch súng điều tần phía trước nó bắt buộc phải có mạch hạn biên và đây là lí do hạn chế sự ứng dụng rộng rãi của mạch tỏch súng này. 2.4. Mạch tỏch súng tỉ số Mạch tỏch súng tỷ số có ưu điểm là vừa tỏch súng điều tần vừa có tác dụng hạn chế biên bởi vậy hầu hết các mạch thu sóng điều tần (thu thanh, thu hình trừ mỏy dựng IC) đều dùng mạch này. Hình 4.14 là mạch điện nguyên lý của bộ tỏch súng tỷ số. Hình 3.16: Mạch tỏch súng tỉ số Hai điot D1, D2 mắc ngược đầu nhau (thực ra là mắc nối tiếp) và chỉ làm việc trong nửa chu kỳ của tín hiệu bên sơ cấp L1C1. Bộ R1C3 là tải tỏch súng của điot D1, R2C4 là tải tỏch súng của D2. Tụ Co có trị số khá lớn ( cỡ 10) nên có tác dụng là tụ thoát cho các điện trở gánh của hai Điot. Vì vậy trên hai điện trở R1, R2 chỉ có điện áp một chiều, điện áp một chiều này biến đổi chậm vì hang số thời gian của mạch gánh điot khá lớn (tới 0,2s). Nhờ đó bộ tỏch súng tỷ lệ này có ưu điểm là nó làm triệt tiêu được sự điều biên (hạn biên). Đồng thời cũng do C’o có trị số lớn nên điểm ở giữa R1, R2 không có điện ỏp õm tần (nối mát được). Còn điện áp trên hai đầu R1, R2 bằng tổng điện áp trên R1 và R2 vì hai điot mắc nối tiếp dòng điện chạy qua R1 và R2 là cùng chiều mà không triệt tiêu nhau như ở các sơ đồ trước. Điện áp trên hai đầu R1, R2 luôn được giữ ổn định mặc dù điện áp vào trên L1C1 có sự thay đổi. Nguyên lý tỏch súng tỷ số cũng tương tự như mạch cộng hưởng kép. Thật vậy: Điện áp nắn ra bởi mỗi điot thay đổi theo quy luật âm tần xuất hiện trên hai tụ C3 và C4. Điện áp trên C3 tăng bao nhiêu thì điện áp trên C4 lại giảm bấy nhiêu và ngược lại, vì tổng điện áp trên C3 và C4 không đổi cho nên ở điểm E (ở giữa C3 và C4) có điện ỏp õm tần. Mặt khác xét dòng điện nạp qua các tụ C3 và C4 ta thấy: dòng nắn ra của điot D1 nạp tụ C3 dòng nắn ra của D2 nạp tụ C4. Hai dũng đú ngược chiều nhau - Khi tần số của tín hiệu điều chế bằng tần số cộng hưởng thì hai điện áp trên D1 và D2 bằng nhau I1 = I2 và ở điểm E không có điện ỏp õm tần, điện áp ra Ur bằng không. - Khi thì I1 > I2 ở điểm E có điện áp dương, nếu càng lớn hơn thì điện áp dương có biên độ càng lớn. - Khi thì điện áp trên D1 nhỏ hơn điện áp trên D2 và I1 < I2 ở điểm E có điện ỏp õm, nếu càng nhỏ hơn thì điện áp õm cú biên độ càng lớn. Vậy sự biến đổi tần số của tín hiệu vào mạch tỏch súng đó dần tới sự biến đổi biên độ của tín hiệu ra. Mục đích tỏch súng điều tần đã được thực hiện. Tuy nhiên từ những phân tích trên ta thấy độ nhạy của bộ tỏch súng này chỉ bằng 1/2 so với bộ tỏch súng điều tần dùng mạch cộng hưởng kép. Mặt khác ta cũng thấy, do điện áp ra của bộ tỏch súng điều tần này không quyết định bởi điện áp tín hiệu trên hai nửa của L2 (đoạn AB) lớn hay bé mà quyết định bởi tỉ số của chúng. Vì đó mà người ta gọi bộ tỏch súng điều tần này là bộ tỏch súng tỉ số. Đồng thời tỉ số điện áp này không đổi ( ngoài giới hạn của hai bộ di tần 2). Đó cũng là tác dụng hạn biên của mạch