Bài giảng Điện tử cho công nghệ thông tin: Chương 5 - Trần Tuấn Vinh

Điều chế tần số và pha là nội dung mà chương 5 thuộc bộ "Bài giảng Điện tử cho công nghệ thông tin" do Trần Tuấn Vinh biên soạn sẽ giới thiệu tới các bạn biên độ là hằng số (lý tưởng) và tín hiệu mang thông tin sẽ làm thay đổi tần số hay góc pha của sóng mang.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện tử cho công nghệ thông tin: Chương 5 - Trần Tuấn Vinh Điện tử cho CNTT Electronic for IT Trần Tuấn Vinh Bộ môn KTMT – Viện CNTT & TT Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Nội dung § Chương 1: Phổ tín hiệu § Chương 2: Các bộ khuếch đại tần số sóng Radio § Chương 3: Các mạch tạo dao động § Chương 4: Điều chế và hệ thống điều chế biên độ § Chương 5: Điều chế tần số và pha. Copyright (c) 8/2009 by 2 Giới thiệu chung § Trong chương 4 đã chỉ ra rằng thông tin có thể chuyển đổi thành sóng cao tần mang tín hiệu bằng cách điều chế ba đặc tính của sóng mang – biên độ, tần số, pha. § Các đặc điểm điều chế biên độ sóng mang (carrier) đã trình bày ở trên. Trong tất cả các sơ đồ của AM thì tần số mang 0 và pha 0 là hằng số. § Trong chương này, biên độ là hằng số (lý tưởng) và tín hiệu mang thông tin sẽ làm thay đổi tần số hay góc pha của sóng mang. Copyright (c) 8/2009 by 3 Điều chế tần số (PM) § Một tín hiệu điều chế tần số là tín hiệu tuần hoàn mà tần số tức thời lệch so với giá trị trung bình bởi một tín hiệu mang tin m(t). § Giá trị lớn nhất mà tần số tức thời có thể lệch so với sóng mang tần số fc được gọi là độ lệch đỉnh fc(pk). Copyright (c) 8/2009 by 4 Điều chế tần số § Sơ đồ khối của điều chế tần số tuyến tính, còn gọi là VCO (voltage – controlled oscillator) hay VTO (voltage Tuned oscillator), được minh họa trong hình . VCO là bộ dao động có trở kháng biến đổi theo điện áp để điều khiển tần số tín hiệu ra. (Hz/V) VCO FM (VTO) signal vm(t) Copyright (c) 8/2009 by 5 Điều chế tần số § Mạch được mắc tải một chiều và xem như dải tần rộng và tuyến tính. § k0 (có đơn vị là Hz/V) là một hằng số tỉ lệ sao cho tần số tín hiệu ra tỷ lệ với điện áp điều chế xung quanh giá trị trung bình fc. § Do đó giá trị tần số đầu ra tức thời: f = fc + k0vm(t) (5.1) § Khi vm= 0, f = fc còn khi vm khác 0: fc = k0vm(t) và f = fc + fc Copyright (c) 8/2009 by 6 Điều chế tần số Copyright (c) 8/2009 by 7 Chỉ số điều chế § Chỉ số điều chế được sử dụng trong truyền thông để biểu thị quan hệ tương đối giữa biên độ tín hiệu và biên độ sóng mang. § Thông số này cũng được sử dụng để xác định thuộc tính công suất phổ. § Với điều chế góc bằng một tín hiệu hình sin, chỉ số điều chế đựơc định nghĩa là đỉnh của góc lệch pha của sóng mang. § Với điều chế pha, chỉ số này dễ xác định. § Tuy nhiên, với FM thì phải phân tích tín hiệu điều chế để xác định sự biến đổi pha. Copyright (c) 8/2009 by 8 Chỉ số điều chế § Trong trường hợp tổng quát một tín hiệu điều chế pha được biểu diễn đơn giản như sau: S(t) = Acos (t) (t) là góc thay đổi tức thời của tín hiệu có góc pha đầu bằng không. § Điều chế góc của sóng mang cao tần sẽ cho kết quả bởi sự thay đổi của pha: S(t) = Acos ( t+ ) § trong đó hoặc hoặc t thay đổi. › Khi góc thay đổi bởi tín hiệu (ví dụ (t) tỷ lệ với m(t)) kết quả gọi là diều chế pha (PM). › Nếu được giữ là hằng số và góc t được điều chế bởi tín hiệu mang thông tin, kết quả gọi là FM. Copyright (c) 8/2009 by 9 Chỉ số điều chế § Tần số góc là tốc độ thay đổi pha, nghĩa là: dθ ω= dt § Phương trình cho tần số tức thời của tín hiệu FM: f = fc + k0vm(t) trong đó vm(t) là điện áp điều chế thay đổi theo thời gian được đưa tới mạch VCO tuyến tính có độ nhạy k0 (Hz/V). § Do = 2 f ta có: d 2 fc 2 k 0 v m (t ) dt Copyright (c) 8/2009 by 10 Chỉ số điều chế d 2 f c dt 2 k 0 vm (t )dt (t ) 2 f c dt 2 k 0 v m (t )dt § Do 2 f c dt 2 f c t 0 với 0 là pha ban đầu tuỳ ý tại t=0. § Theo đó pha tức thời của sóng FM được xác định từ: (t ) 2 fct 2 k 0 v m (t )dt (5.8) 0 § trong đó dạng sóng điều chế phải được tích phân để xác định độ lệch pha tối đa của sóng mang. Copyright (c) 8/2009 by 11 Chỉ số điều chế § Chỉ số điều chế cho điều chế góc bởi tín hiệu sin đầu vào vm(t) = Vpkcos(2 fmt) được định nghĩa là độ lệch cực đại của sóng mang. § Với FM độ lệch pha của sóng mang phải xác định bằng phương trình (5.8) tích phân của sóng 1 điều chế được xác 2 k 0 như định V pk sau: cos( 2 f m t )dt 2 k 0V pk sin( 2 f m t 0) 2 fm (5.9) § 0 là hằng số pha tuỳ ý tại thời điểm t = 0 có thể kết hợp với 0 trong phương trình 5-8 và xác lập bằng 0. Sau khi khử �k0V pk � �∆f c ( pk ) � θ ...