Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 3: Điều chế

Bài giảng "Nhập môn điện tử - Chương 3: Điều chế" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Khái niệm, điều biên, điều chế đơn biên, điều tần - Điều pha. Hy vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên các ngành Kỹ thuật viễn thông dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 3: Điều chế Tr ường Đ ại H ọc Công Ngh ệ  Thông Tin KHOA MẠNG & TRUYỀN THÔNG BÀI GI ẢNG  NH ẬP MÔN ĐI ỆN T Ử  THÁNG 9/2012 1 CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHẾ 1. Khái niệm 2. Điều biên 3. Điều chế đơn biên 4. Điều tần ­ Điều pha 1. Khái niệm Điều chế là quá trình thực hiện chuyển phổ của tín hiệu tin tức lên vùng có tần số cao hơn để bức xạ truyền  đi xa (nhờ biến đổi một thông số nào đó như biên độ, tần số, góc pha, độ rộng xung…). - Tin tức được gọi là tín hiệu điều chế. - Dao động cao tần được gọi là tải tin hay tải tần. - Dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Phân loại tín hiệu điều chế: - Điều biên - Điều chế góc: điều tần và điều pha 2. Điều biên Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tín hiệu biến đổi theo tin tức.          Giả thiết, dao động là điều hoà và tần số tin tức biến thiên  từ ωSmin÷ ωSmax:  us(t) = Us.cos(ωs.t) – tín hiệu tin tức  ut (t)= Ut.cos(ωt .t) – tín hiệu tải tin  với ωt >> ωS Tín hiệu điều biên: uđb (t)= [Ut + Us. cos(ωs.t)]. cosωt.t             = Ut [1 +m cos(ωs.t)]. cosωt.t Với m= Us / Ut  : Hệ số điều chế phải thoả mãn điều kiện m ≤ 1.  Khi m > 1 thì mạch có hiện tượng quá điều chế làm cho tín hiệu bị  méo trầm trọng. Suy ra: uđb (t)= Utcos(ω t t)+ m/2.Utcos(ω t +ω s)t+ m/2.Utcos(ω t ­ω s)t Sóng mang Dải băng tần thấp Dải băng tần cao Như vậy, ngoài thành phần tải tin, tín hiệu điều khiển  còn có hai biên tần.  Biên tần trên có tần số từ (ω1 + ωSmin) đến (ω1 +  ωSmax) và biên tần dưới từ (ω1 ­ ωSmin) đến ( ω1 ­  ωSmax). Phổ của tin tức Phổ của tín hiệu điều biên Trên thực tế. khi điều chế thường chọn m= 0.9 0.95 Đồ thị thời gian của tin tức và tín hiệu điều biên khi m 1 Quan hệ năng lượng trong điều biên Trong tín hiệu điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức. Năng lượng được phân bố trong tín hiệu điều biên: Công suất của tải tin là công suất trung bình trong một chu kỳ tải tin: Công suất biên tần: Công suất của tín hiệu đã điều biên là công suất trung bình trong một chu kỳ của tín hiệu điều chế: Hệ số điều chế m càng lớn thì công suất tín hiệu đã điều biên càng lớn. Khi m =1: Các chỉ tiêu cơ bản của tín hiệu điều biên a. Hệ số méo phi tuyến: : là biên độ dòng điện ứng với hài bậc cao của tín hiệu điều chế. : là biên độ của các thành phần biên tần (thành phần sóng cơ bản). Để giảm méo phi tuyến (K) buộc phải giảm độ sâu điều chế (m). b. Hệ số méo tần số: Để đánh giá ta dựa vào đặc tuyến biên độ - tần số: Hệ số méo tần số xác định theo biểu thức: m0 : hệ số điều chế lớn nhất m : hệ số điều chế tại tần số đang §Æ c tuyÕn biªn ®é ­ tÇn s è xét C¸c m¹ch ®iÒu biªn ®ưîc x©y dùng dùa vào hai nguyªn t¾c sau ®©y: - Dïng  c ¸c  p hÇn tö  p hi tuy Õn: céng t¶i tin vớ i tÝn hiÖu ®iÒu chÕ trªn ®Æc tuyÕn cña phÇn tö phi tuyÕn ®ã. - Dïng  p hÇn tö  tuy Õn tÝnh c ã tham  s è  ®iÒu khiÓn ®ưîc : nh©n t¶i tin vớ i tÝn hiÖu ®iÒu chÕ nhê phÇn tö tuyÕn tÝnh Các mạch điều biên: ®ã. Các kiểu điều biên: điều biên cân bằng, điều biên vòng, điều biên đơn. - Mạch điều biên cân bằng có ưu điểm giảm được méo phi tuyến. - Mạch điều biên đơn chỉ dùng một phần trở tích cực như điốt hoặc tranzito. i. Mạch điều biên cân bằng: có ưu điểm giảm được méo phi tuyến u1 = Utcosωtt + Uscosωst u2 = Utcosωtt ­ Uscosωst i1 =a0 + a1. u1+ a2. u12+ a3. u13+... i2=a0 + a1. u2+ a2. u22+ a3. u23+... Dòng điện ra tải i = i1 ­ i2 i= Acosωst + Bcos3ωst + C[cos(ωt +ωs)t + cos(ωt ­ ωs)t] +      + D[cos(2ωt +ωs)t +cos(2ωt ­ ωs)t] Với: A= Us[2a1 + 3a3Ut2 + (a3/2)  Us2] B= (a3/2) Us3 C= 2 a2UsUt D= 3/2 a3UsUt ii. Mạch điều biên vòng: thực chất là hai mạch điều chế cân bằng chung tải. Gọi : iI là dòng điện ra của mạch điều chế cân bằng Đ1, Đ2           iII là dòng điện ra của mạch điều chế cân bằng Đ3, Đ4 iđb = iI + iII   = 2.C.[cos(ωt+ωS)t+ cos(ωt− ωS)t] Điều chế vòng cho méo phi tuyến nhỏ nhất vì nó khử được các hài bậc lẻ của ωS và các biên tần 2ωt . 3. Điều biên đơn - Khái niệm: là quá trình điều chế nhằm tạo ra một dải biên tần.  Ta biết, phổ của tín hiệu điều biên gồm tải tần và hai biên tần, trong  đó  biên  tần  mang  tin  tức.  Vì  hai  dải  biên  tần  mang  tin  tức  như  nhau  nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ thông tin về tin tức; còn tải  tần chỉ dùng để tách sóng, có thể nén toàn bộ hoặc một phần trước khi  truyền đi.  Điều biên đơn tuy tốn kém nhưng có các ưu điểm sau: - Độ rộng tải tần giảm một nửa. - Công suất bức xạ yêu cầu thấp hơn cùng với một cự ly thông tin. - Tạp âm đầu thu giảm do giải tần của tín hiệu hẹp hơn. Biểu thức: uđb = m/2Ut(cos(ωt +ωs)t m=Us/Ut  : hệ số nén tải tin, m có thể nhận các giá trị từ 0 ÷ ∞ Các phương pháp điều chế đơn biên: ­ Phương pháp lọc ­ Phương pháp quay pha ­ Phương pháp kết hợp lọc và quay pha  Sơ đồ khối mạch điều chế đơn biên bằng phương pháp lọc Phổ của tín hiệu vào Phổ của tín hiệu điều chế cân bằng 1 Phổ của tín hiệu đầu ra bộ lọc 1 Phổ của tín hiệu đầu ra bộ lọc 2 Phổ của tín hiệu ra của các khối theo sơ đồ phương pháp lọc đơn biên Sơ đồ điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha Sơ đồ điều chế đơn biên theo phương pháp kết hợp lọc và quay pha Phổ tín hiệu ra theo phương pháp kết hợp lọc và quay pha 4. Điều tần và điều pha Điều tần và điều pha là ghi tin tức vào tải tin làm cho tần số hoặc pha tức thời của tải ...