+ L 1 , L 2 , L 3 , L 7 , L’ 1 , L’ 2 , L’ 3 , L’ 7 là các cuộn chặn cho điện áp điều chế V  qua, không cho điện áp cao tần V o qua. + Z aa’ và Z bb’ phải tương đương với điện cảm để tạo thành mạch dao động 3 điểm C (Clapp) có độ ổn đònh cao. + AFC: hệ số tự động điều chỉnh tần số.  Nguyên lý hoạt động của sơ đồ hình 3-15 tương tự sơ đồ hình 3-13, chỉ khác là các Varicap được mắc thành từng cặp đẩy kéo. Hình 3 - 15: Sơ đồ đổi tần đẩy kéo dùng Varicap C CE C 4 C 1 C 2 C 6 C 5 C’ 5 C’ 6 C’ 4 C’ 2 C’ 3 C’ 1 L’ 3 L’ 2 R’ 1 +V PC2 L’ 4 L’ 5 L’ 1 L’ 6 L’ 7 L’ 8 C’ CE V  Tới AFC +V CC L 2 L 3 L 5 AFC R’ 2 R 1 - V PC1 L 7 R 2 L 4 L 6 L 8 L 1 +V CC  Sau đổi tần ta thu được tần số trung gian:  0 =  01 -  02   =  1 -  2 = 15%  0 và méo phi tuyến  = 1%. Để tần số trung gian  0 khá cao thì  01 và  02 phải rất cao, do đó ta cần có hệ thống AFC để tự động điều chỉnh tần  01 và  02 đảm bảo yêu cầu về độ ổn đònh đã cho. 2 . Các mạch điều pha: a) Điều chế pha theo Amstrong: Tín hiệu tải tin được tạo ra từ bộ dao động thạch anh (để có độ ổn đònh tần số cao), được đưa tới hai bộ điều biên (ĐB 1 và ĐB 2 ) lệch pha nhau 90 0 . Còn tín hiệu điều chế âm tần V  được đưa đến hai mạch điều biên ngược pha. Điện áp ra trên hai bộ điều biên sẽ là: Đồ thò vector của V AM và V AM2 và Vector V  = V PM được biểu diễn trên hình 3-17 V AM1 = V 01 (1 + mcos  t) cos  0 t = V 01 cos 0 t + V 01 cos( 0 t + ) + cos( 0 t - )t (3.28) V AM2 = V 02 (1 + mcost) cos 0 t = V 02 cos 0 t + V 02 sin( 0 t + ) + sin( 0 t - )t (3.29) m 2 m 2 Dao động thạch anh ĐB 1 ĐB 2 Di pha 90 0 Tổng Hình 3 - 16: Điều chế pha theo Amstrong V  mV 01 V 01 V AM1 V AM2 mV 02 V 02     V  V  V  0 Hình 3-17: Đồ thò vector của tín hiệu điều pha Amstrong Từ đồ thò ta thấy rằng tổng các dao động đã điều biên V  = V AM1 + V AM2 là một dao động điều chế về pha và biên độ. Điều biên ở đây là điều biên ký sinh. Mạch có nhược điểm là độ di pha nhỏ. Để hạn chế mức điều biên ký sinh, chọn  nhỏ. Để có điều biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì   0,35. Mặc khác sau bộ điều pha ta có thể đặt bộ hạn chế biên độ để loại bỏ điều biên ký sinh. Do gây ra điều biên ký sinh và độ di pha nhỏ ( nhỏ) nên phương pháp này ít được sử dụng. b) Mạch điều chế pha dùng mạch lọc: Trong hình 3-18 bộ điều chế pha được thực hiện bởi 3 mắc lọc là ba mạch cộng hưởng dao động giống nhau, được điều chỉnh cộng hưởng bởi Varicap. Khi V  thay đổi, C V thay đổi, dẫn tới tần số cộng hưởng f 0 thay đổi nên trở kháng tương đương của mạch cộng hưởng thay đổi theo: Z K = (3.30) Trong đó: R K = , Q = = ,  0 = R K 2  0 1+jQ L Cr 1  Cr  r LC V 1 Hình 3 - 18: Điều chế pha dùng mạch lọc V PM V  V CC L ch C C C C’ C’ C’ R 1 R 2  =  -  0 và  0 +   2 0 Góc pha của trở kháng tương đương được xác đònh theo biểu thức: Rõ ràng khi V  thay đổi thì  thay đổi, do góc pha  biến thiên một lượng tương ứng. Do Z K cũng biến thiên theo  nên mạch này có điều biên ký sinh. Nếu chọn các mạch cộng hưởng lọc LC hợp lý (mỗi mắc lọc di pha 60 0 ), có thể làm cho đặt tuyến  = f(V  ) tuyến tính hơn, do đó đạt được lượng di pha tương đối lớn  =  và méo phi tuyến nhỏ   1%. Trên hình 3-19. Các tụ ghép C để ngăn điện áp một chiều và cho điện áp cao tần đi qua; Các tụ thoát C’ để ngăn điện áp một chiều và điện áp cao tần, chỉ cho điện áp âm tần V  đi qua. Do đó C’ >> C. Một dạng điều chế pha khác: Trong sơ đồ, R 1 làm giảm bớt biên độ đa cao tần V o . R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 để tạo phân cực ngược cho Varicap V 1 , V 2 . Để V 2 phân cực ngược thì R 3 >> R 4 . Các tụ C ngăn điện áp một chiều, cho tín hiệu cao tần qua. C’ ngăn điện áp một chiều và tín hiệu cao tần, chỉ cho tín hiệu âm tần qua nên C’ >> C. Các phần tử điện kháng tạo thành một mạng 4 cực di pha như hình 3.19b. Dưới tác dụng của điện áp điều chế V  thì C V1 và C V2 sẽ thay đổi. Mặc dù sự thay đổi của điện dung là nhỏ nhưng do biên độ của hệ số truyền đạt thay đổi không đáng kể nên sự thay đổi pha có thể đạt tới  7%. Trong thực tế, các mạch điều pha thường được dùng kết hợp với mạch tích phân để thực hiện điều tần gián tiếp. Mạch điều tần gián tiếp so với mạch điều tần trực tiếp thì lượng di tần nhỏ hơn vì  nhỏ, nhưng có độ ổn  = arctg (3.30) - 2Q   0 Hình 3 - 19: Điều pha bằng mạch di pha hai cửa V PM +V pc V  V  0 L ch C’ C 2 C C R 3 R 4 R 5 R 2 V 1 (C V1 ) V 1 V 2 V 2 L 2 L 1 C 2 V  V PM V  0 R 6 đònh tần số trung tâm cao, vì có thể dùng thạch anh trong tầng dao động. Để độ di tần lớn ta phải mắc thêm một số tầng Naha như hình 3-34. 2. Ổn đònh tần số trung tâm của tín hiệu điều tần: Trong máy phát điều tần, nếu tần số trung tâm không ổn đònh thì nó trực tiếp làm méo và làm sai lệch tín hiệu điều chế vì tín hiệu chứa đựng trong độ di tần. vì vậy chúng ta phải đưa ra các biện pháp ổn đònh tần số trung tâm f 0. a) Điều tần trực tiếp bằng thạch anh: Cho thạch anh dao động ở tần số cộng hưởng riêng  q = const. Thay đổi C p theo điện áp điều chế V  , ta sẽ tạo ra độ di tần: V  =  p -  q = C p /2C p . Thay đổi C p bằng cách thay đổi điện dung tiếp giáp của đèn điện tử, Transistor hoặc FET; mắc Varicap hay đèn điện kháng song song với thạch anh. Nhưng do độ di tần tương đối nhỏ (/ 0  0,01) nên điều tần trực tiếp bằng thạch anh chỉ được sử dụng trong các máy phát thoại quốc tế (f  6 KHz). b) Sử dụng thạch anh dùng bộ tạo dao động để  0 = const. Sau đó dùng bộ điều chế pha để tạo tín hiệu điều tần. Khi đó ta đạt được độ méo phi tuyến nhỏ (1%), nhưng độ di tần vẫn còn khá nhỏ. Vì vậy phương pháp này chỉ dùng trong các máy phát thoại quốc tế có độ di tần nhỏ (f  6KHz) và độ méo phi tuyến nhỏ (  1%) c) Trong bộ điều tần sử dụng các nguồn cung cấp được ổn ònh và được bù nhiệt bởi các điện trở hoặc các linh kiện có hệ s61 nhiệt âm (khi nhiệt độ tăng thì C Mạch nhân tần bậc n Mạch trộn tần Mạch nhân tần bậc n Mạch trộn tần Bộ điều tần gián tiếp Mạch nhân tần bậc n-1 Dao động thạch anh nf 0  n 2  f f 0  n  f nf 0  n  f f 0   f f 0 nf 0  n 2  f Hình 3-20: sơ đồ khối dùng mạch nhân tần để nâng cao độ di tần 1 u F 1 ū 1 u H 1 u F C P C P L q R q Hình 3 - 21: Sơ đồ tương đương của thạch anh giảm, R giảm). Vì khi điện áp nguồn cung cấp thay đổi, làm điện dung ký sinh của Transistor thay đổi, dẫn tới làm tần số cộng hưởng trung tâm thay đổi theo. Hoặc khi điện áp phân cực cho Varicap thay đổi , làm điện dung C V thay đổi. Nhưng phương pháp này chỉ ổn đònh được tần số trung tâm f 0 khi nhiệt độ thay đổi, còn khi nhiệt độ ghép hay điện trở tải thay đổi thì f 0 vẫn thay đổi. d) Hạ thấp tần số trung gian của bộ điều tần để nâng cao độ ổn đònh tần số (hình 3-22). Khi đó độ bất ổn đònh tần số của tín hiệu sẽ là: + f 0 ,  0 là tần số cộng hưởng riêng của thạch anh và độ bất ổn đònh của nó ( 0 10 -6 ) + f tg ,  tg là tần số cộng hưởng của mạch dao động LC và độ bất ổn đònh của nó. ( tg 10 -3 ).  Nếu ta chọn f tg << f 0 thì (f tg /f 0 ) << 1 nên    0 nghóa là mạch sẽ có độ ổn đònh tần số gần bằng độ ổn đònh của thạch anh mà độ di tần vẫn lớn. e) Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số (AFG) Để có độ di tần lớn ta phải dùng bộ tạo dao động bằng LC. Nhưng khi đó độ mất ổn đònh sẽ lớn ( LC  10 -3 ). Vì vậy ta phải dùng hệ thống AFC để ổn đònh tần số trung tâm.  Bộ dao động thạch anh tạo ra f tg có độ ổn đònh cao (  10 -6 )  =  0 +  tg . (3.31) f tg f 0 Khuếch đại Lọc thông thấp Tách sóng tần số Đổi tần Dao động thạch anh Dao động LC f 0 V TS f tg f TA f ra f ra V ĐC V  Hì nh 3 - 23: điều tần có AFC  Nguyên lý hoạt động: - Nếu do V CC thay đổi hay T 0 thay đổi làm cho f 0 thay đổi dẫn tới f ra thay đổi (f ra = f 0  (f SS ). Tần số ra f ra được đưa vào bộ đổi tần để so sánh với tần số chuẩn f TA . - Bộ đổi tần dùng để hạ thấp f ra để dễ tách sóng. - Ở đầu ra bộ đổi tần cũng có mạch lọc để chỉ giữ lại thành phần tần số trung gian. f tg = f a - f TA = f 0  (f SS - f TA . - Bộ tách sóng được điều chỉnh cộng hưởng tại: f tgo = f 0 - f TA Do đó: + Nếu f tg = f tgo thì V TS = 0, do đó V ĐC = 0, nghóa là f 0 = const; + Nếu f tg = f tgo  f SS thì ở đầu ra bộ tách sóng có V TS = f(f SS ). - Mặc khác khi điện áp điều chế V  thay đổi thì f ra cũng thay đổi: f ra = f 0  f  . Nếu ta thiết kế bộ lọc thông thấp sao cho chỉ cho qua các thành phần tần số biến thiên chậm: f = 0  20 Hz thì V ĐC chỉ thay đổi tỷ lệ với tần số trung tâm - V ĐC sau bộ lọc thông thấp tác động Varicap làm cho f ra thay đổi về đúng tần số trung tâm f 0 (f ra  f 0 ) V ĐC A  f còn  f đầu B  f  f ss V ĐS 0 0 V TS  f ĐS Hình 3-24: a) Đặc tuyến tách sóng V TS = f (f ss ). b) Đặc tuyến điều chỉnh f ĐC = f (V ĐC ); c) Đặc tuyến tách sóng sau khi điều chỉnh Nếu đem xếp chồng đặc tuyến (hình 3-24a và b) ta thu được đặc tuyến sau điều chỉnh f còn = f(V ĐC ). Nghóa là nhờ hệ thống AFC mà sai số ban đầu f đầu giảm xuống còn f còn : Hệ số điều chỉnh của AFC: K AFC = f đầu / f còn = 1+ S TS . S ĐC  (3.32) S TS , S ĐC là độ dốc của đặc tuyến tách sóng và đặc tuyến điều chỉnh.  Độ bất ổn đònh của sơ đồ này là: Trong đó: - f TA / f TA : là độ bất ổn đònh tần số của thạch anh thường rất nhỏ ( 10 -6 ) - f TS / f tg : là độ bất ổn đònh tương đối của bộ tách sóng. Để giảm nhỏ nó ta cần phải ổn đònh các tham số của bộ tách sóng. Mặc khác ta chọn f tg << f ra để tỷ số f tg / f ra giảm. - f đầu / f ra : độ bất ổn đònh tương đối ban đầu của máy phát. (  10 -3 ) Như vậy để f còn / f ra nhỏ thì k AFC phải rất lớn. Trong thực tế k AFC  100 vì còn phụ thuộc hằng số thời gian của mạch lọc thông thấp. IV. Ví dụ minh họa 1. Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 90Mhz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 15Khz. Hệ số tỷ lệ k = 1Khz/V. (a) Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (b) Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế. Giải: a) Ta có: m f =   kV = 3.0 10 * 15 5*1000 3  = + f TS +f TA = . + . + . (3.33) f còn f ra 1 f ra  f đầu k AFC f đầu f ra 1 f ra f TS f ra f tg f ra f TA f TA f TA f ra - Biểu thức của tín hiệu điều chế: V  = 5 cos (2 15*10 3 ) t - Biểu thức của tín hiệu điều tần: V FM (t) = 5 cos [ (2*90*10 6 ) t + 0.3 sin (2*15*10 3 ) t] b) Mô phỏng dạng tín hiệu điều tần: fc=90*10^6;fm=15*10^3; T=1/fc; t=0:T/20:10*T; V FM (t)=5*cos(2*pi*fc*t+.3*sin(2*pi*fm*t)); plot(t,V FM (t)) title('DC-FM') 2. Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 25Khz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 1000Hz. Hệ số tỷ lệ k = 2.5Hz/V. a. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế (PM) b. Vẽ dạng sóng của tín hiệu đã điều chế (PM). Giải: a. Ta có: m p = k*V  = 2.5*5 = 12.5 - Biểu thức của tín hiệu điều chế: V  (t) = 5 cos (2*10 3 ) t - Biểu thức của tín hiệu đã điều chế: V PM (t) = 5 cos [(2*25*10 3 ) t+12.5 cos (2*10 3 ) t] 0 0.2 b. Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế (PM): fc=25*10^3;fm=10^3; T=1/fc; t=0:T/20:10*T; V=5*cos(2*pi*fc*t+12.5*sin(2*pi*fm*t)); plot(t,V) title('DC-PM') 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 x 10 -4 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 . Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 90Mhz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 15Khz. Hệ số tỷ lệ k = 1Khz/V. (a) Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều. Cho tín hiệu tải tin có biên độ 5V, tần số 25Khz và một tín hiệu điều chế có biên độ 5V, tần số 1000Hz. Hệ số tỷ lệ k = 2.5Hz/V. a. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều. động đã điều biên V  = V AM1 + V AM2 là một dao động điều chế về pha và biên độ. Điều biên ở đây là điều biên ký sinh. Mạch có nhược điểm là độ di pha nhỏ. Để hạn chế mức điều biên ký