Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 5: Đổi tần
80
Chöông 5
Chöông 5
ÑOÅI TAÀN
5.1 NGUYEÂN LYÙ ÑOÅI TAÀN
Ñoåi taàn laø quaù trình dòch chuyeån tín hieäu ñaõ ñieàu cheá leân cao (ôû
Tx) hoaëc xuoáng thaáp (ôû Rx) maø vaãn giöõ nguyeân caáu truùc phoå cuûa noù
(daïng tín hieäu ban ñaàu). Noù cho moät soá öu ñieåm quan troïng nhö deã
daøng dòch chuyeån tín hieäu ñeán taàn soá caàn thieát, taêng ñoä choïn loïc, thuaän
tieän xöû lyù tín hieäu. Ñoåi taàn coøn goïi laø troän taàn, coù kyù hieäu daáu nhaân.
fs = fo + fi
mfo nf
fi
X
BPF
fo
mfo nf
fIF = fo – fs
fs
X
IF
fo
Hình 5.1 Ñoåi taàn leân ôû Tx - ñoåi taàn xuoáng ôû Rx
Ñoåi taàn döïa treân phi tuyeán cuûa phaàn töû tích cöïc. Giaû söû ñaùp
tuyeán i(v) coù daïng: i = io + av + bv2 + cv3 + dv4 + ...
trong ñoù: v laø ñieän aùp ñaët vaøo phaàn töû phi tuyeán.
Khi troän hai tín hieäu ôû ngoõ vaøo boä ñoåi taàn, taïi ngoõ ra cuûa noù coù
nhieàu thaønh phaàn taàn soá fs; fo; mfo; nfs. Boä loïc trung taàn IF hoaëc
BPF choïn loïc thaønh phaàn taàn soá caàn thieát. Thoâng thöôøng m=n=1 ñeå
möùc tín hieäu ra laø lôùn nhaát. Tín hieäu ra coù phoå gioáng nhö tín hieäu ngoõ
vaøo ñoåi taàn, nhöng ñöôïc dòch chuyeån ñeán vuøng taàn soá caàn thieát thuaän
tieän treân xöû lyù tín hieäu.
Ví duï: ÔÛ maùy thu, ta ñoåi taàn xuoáng trung taàn, taêng ñoä choïn loïc ñeå
thöïc hieän boä khueách ñaïi IF coù ñoä lôïi cao oån ñònh. Trong maùy phaùt truyeàn
hình, tín hieäu hình ñaõ ñieàu cheá ôû trung taàn 38MHz seõ ñöôïc ñoåi taàn leân
baêng taàn caàn thieát ñeå loïc vaø khueách ñaïi coâng suaát, ñöa tôùi anten phaùt.
Maùy thu ñoåi taàn goïi laø maùy thu heterodyning. Caùc maùy thu
quaûng baù (thu thanh, truyeàn hình) ñoåi taàn moät laàn. Trong caùc maùy thu
81
Ñoåi taàn
thoâng tin ñoåi taàn hai laàn ñeå loaïi taàn soá nhieãu cuûa aûnh fIM (fs +2fIF).
Heä soá nhieãu NF cuûa boä ñoåi taàn lôùn hôn NF cuûa boä khueách ñaïi cuøng
phaàn töû tích cöïc khoaûng (1,52) laàn do hoaït ñoäng ôû cheá ñoä phi tuyeán.
ÔÛ taàn soá cao, ñoåi taàn duøng FET, MOSFET toát hôn BJT, diod.
Thoâng soá cô baûn boä ñoåi taàn:
IIF
Vs
- Ñoä hoã daãn ñoåi taàn
gc
Av
g
VIF
Vs
- Ñoä lôïi ñoåi taàn
IIF
VIF
- Ñieän daãn ñoåi taàn
PIF
PS
- Ñoä lôïi coâng suaát ñoåi taàn PG
.
i
T1
fs
fIF
L3
L1
L2
C1
C2
v
a)
d)
Vcc
fo
220
0,022
56k
fIF = 10,7 MHz
15k
C 2829
fs
fo
b)
0,022
1k
2SK241
fs
fIF
c)
fo
+Vcc
Hình 5.2 Maïch ñoåi taàn duøng diod, BJT, FET vaø ñaùp tuyeán i(v)
82
Chöông 5
Tín hieäu vaøo vs = VS cosst.
Tín hieäu dao ñoäng noäi Vo = Vo cosot.
Ñieàu kieän Vo >> Vs vaø o > s.
Hai tín hieäu treân coäng laïi thaønh:
v = vo + vs = Vocosot + Vscosst
Ñieän aùp toång coäng ñaët vaøo phaàn töû tích cöïc coù ñaëc tính phi tuyeán sau:
i = io + av + bv2 + cv3 + dv4 + ...
i = io + (Vocosot + Vscosst) + b (Vocosot + Vscosst)2 +
+ c(Vocosot + Vscosst)3
vôùi: io- laø thaønh phaàn moät chieàu; a, b, c, d - laø caùc heä soá.
Giaû söû ñaùp tuyeán coù daïng haøm baäc hai ñeå ñôn giaûn phaân tích:
bv2 = b(Vocos2ot + 2VoVscosot + cosst + Vs2 cos2 st
)
1
trong ñoù: cos2 ot [1 cos2ot]
2
1
cos2 st [1 cos2st]
2
1
2
cosot.cosst
[cos(o s)t cos(o s)t]
Qua boä loïc trung taàn IF chæ coøn thaønh phaàn:
iIF = bVoVscos(o – s)t = bVoVscosIFt
Bieân ñoä doøng trung taàn iIF bVoVs gc .Vs
gc = bVo ñoä hoã daãn ñoåi taàn.
Bieân ñoä dao ñoäng noäi Vo caàn lôùn ñeå ñoä hoã daãn ñoåi taàn lôùn. Tín
hieäu ra cuûa boä ñoåi taàn coù bieân ñoä tyû leä vôùi bieân ñoä tín hieäu vaøo Vs ôû
taàn soá trung taàn IF = o – s, töùc laø phoå tín hieäu cao taàn ñaõ ñöôïc dòch
chuyeån xuoáng vuøng taàn soá trung taàn maø vaãn giöõ nguyeân daïng tín hieäu
ban ñaàu tröôùc khi ñoåi taàn.
83
Ñoåi taàn
5.2 ÑOÅI TAÀN CAÂN BAÈNG (BALANCED MIX)
D1
IF
= o - s
DSB
T1
vs
2
fs
i1
+
vs
2
D2
i1
CF
Vo >> Vs
o s
vs = Vscoss
t
>
vo = Vocoso
t
IF
= o - s
i1
Q1
DSB
T1
vs
T2
+
2
vs
2
i2
CF
vs = Vscoss
t
Q2
vo = Vocoso
t
+VDD
Hình 5.3 Ñoåi taàn caân baèng duøng diod, FET
Hai veá cuûa boä ñoåi taàn caân baèng phaûi gioáng nhau. Giaû söû ñaùp
tuyeán V-A cuûa diod vaø ID(VGS) cuûa FET coù daïng
i = io + av + bv2
Khi vs = 0, nguoàn dao ñoäng vo taùc ñoäng ñeán hai ngoõ vaøo nhö nhau,
doøng i1 = i2 nhöng ngöôïc chieàu nhau ôû cuoän sô caáp T2, ñieän aùp ra
baèng khoâng.
Khi coù ñieän aùp vaøo vs 0, ôû cuoän thöù caáp bieán aùp T1 coù hai ñieän
aùp cuøng bieân ñoä ngöôïc pha vS/2 coäng vôùi ñieän aùp cao taàn vo ñöa ñeán
hai ngoõ cuûa phaàn töû tích cöïc. Neáu:
vs
2
vs
2
VGS1 vo
thì VGS2 vo
Doøng ra cuoän sô caáp T2 laø
ip2 (i1 i2) (io aVGS1 bVG2S1) (io aVGS2 bVG2S2
)
ip2 a(VGS1 VGS2) b(VG2S1 VG2S2) avs 2bvsvo
ip2 aVs cosst 2bVoVs cosot.cosst
84
Chöông 5
1
2
trong ñoù: cosot.cosst [cos(o s)t cos(o s)t]
Sau boä loïc trung taàn, coù thaønh phaàn taàn soá caàn thieát IF = o - s
Öu ñieåm ñoåi taàn caân baèng laø deã loïc tín hieäu mong muoán, taêng ñoä
choïn loïc so vôùi ñoåi taàn ñôn vì khoâng coù thaønh phaàn o, caùc thaønh
phaàn toå hôïp o 2s bò trieät tieâu. Tuy nhieân yeâu caàu maïch phaûi ñoái
xöùng. Maïch ñoåi taàn caân baèng voøng laø moät daïng ñoåi taàn caân baèng goàm
hai boä ñoåi taàn caân baèng duøng chung taûi, cho pheùp trieät tieâu caùc thaønh
phaàn toå hôïp phaùch leû o 3s; 2o 3s; 2o s; khöû taïp aâm cuûa
nguoàn dao ñoäng noäi: ngoõ ra chæ coøn thaønh phaàn taàn soá o s deã loïc.
Chaát löôïng tín hieäu ñoåi taàn toát hôn so vôùi caùc tröôøng hôïp khaùc neân
thöôøng ñöôïc söû duïng, ñaëc bieät ôû sieâu cao taàn, thoâng tin veä tinh, LNB.
1
vs = Vscoss
t
3
4
To BPF
2
vo = Vocoso
t
Hình 5.4 Ñoåi taàn caân baèng voøng
Moät daïng rieâng cuûa ñoåi taàn caân baèng laø ñieàu cheá caân baèng. Söï
khaùc bieät ôû choã ngoõ ra duøng boä loïc BPF laáy thaønh phaàn .
c
o
s
Caùc daïng maïch ñoåi taàn caân baèng (ñieàu cheá caân baèng).
D1
vs
+
2
vs
vs
vs
2
To selective
filter circuit
D2
vo
RFC
vs
RFC
To selective
filter circuit
a)
b)
Hình 5.5 Caùc daïng ñoåi taàn khaùc
85
Ñoåi taàn
Neáu tín hieäu nhoû, duøng diod Ge coù ñieän aùp on - off nhoû.
Diod Si duøng toát ôû taàn soá cao.
Diod shotky laøm troän taàn raát toát ôû VHF, UHF, viba.
BJT laøm troän taàn cho giaù reû nhöng chaát löôïng khoâng cao.
Doøng phaân cöïc Ic khoaûng 1ma; Vs = (5 10)mV; Vo = (100 200)mV
FET caûi thieän chaát löôïng hôn BJT ôû choã nhieãu ít, deã phoái hôïp trôû
khaùng, hoaït ñoäng toát ôû caùc taàn soá cao, ñoä khueách ñaïi lôùn.
MOSFET thöôøng ñöôïc duøng ôû VHF, UHF cho ñoä caùch ly cao giöõa
hai nguoàn tín hieäu.
vs
vo
vDD
Hình 5.6 Ñoåi taàn duøng MOSFET - 2 cöïc coång
Caùc maùy thu thoâng tin ñoåi taàn hai laàn ñeå loaïi taàn soá nhieãu aûnh.
fs
Mix1
f01
Mix 2
f02
Dem
IF1
IF2
Hình 5.7 Ñoåi taàn 2 laàn loaïi taàn soá aûnh (nhieãu fIM 2fIF fs )
1
Ví duï: Trong ñieän thoaïi cordless telephone coù fIF 10,7MHz;
1
fIF 455kHz ôû thoâng tin soùng ngaén SSB fIF 2MHz; fIF 200kHz.
2
1
2
Trong ñieän thoaïi di ñoäng teá baøo fIF 225MHz; fIF 45MHz.
1
2
5.3 ÑOÅI TAÀN DUØNG IC NHAÂN NE 602
NE 602 coù hai boä troän caân baèng, duøng nguoàn (4,58)V. Taàn soá
hoaït ñoäng tôùi 500MHz, trong khi IC nhaân LM 1496 hay CA 3028 chæ
döôùi 120MHz. Maïch dao ñoäng noäi tôùi 200MHz. Heä soá nhieãu NF < 5dB
NE 602 duøng nhieàu trong ñieän thoaïi voâ tuyeán, maùy thu AM.
86
Chöông 5
+ 6V
R1
C2
C3
C1
1
2
Volt
reg
8
7
6
fo = 59,7MHZ
L1
49MHZ
C5
C6
Local
osc
3
4
C4
C7
5
fIF
NOT
Used
NE 602
10,7MHZ
R2
CF
Hình 5.8 Ñoåi taàn duøng IC nhaân NE 602
+Vcc
+6V
220
100
8
fIF = 455kHz
1
2
0,1
6
A
4
0,01
7
5
100k
Cv
VT
100
100
0,01
Hình 5.9 Maùy thu AM ñoåi taàn tröïc tieáp duøng IC NE 602
fc = fo + fs
To RF power
3SK60
vs
vo
Amp
VDD
RFC
VTVN
Toång hôïp taàn soá
Hình 5.10 Ñoåi taàn ôû maùy phaùt VHF duøng MOSFET
87
Ñoåi taàn
fIFTV
fs = fc + fIFTV
fIFTV
fs
BPF
BPF SAW
X
X
38 MHz
38 MHz
fC
fo
Hình 5.11 Ñoåi taàn leân ôû maùy phaùt truyeàn hình vaø ñoåi taàn xuoáng ôû TV
Moâ phoûng boä ñoåi taàn
88
Chöông 5
89
Ñoåi taàn
SPICE MIXER
Date/Time run: 06/07/89 16:45:26
Temperature: 27.0
2.4
(V)
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
Frequency
4.0
5.0
6.0
7.0
(MH)
90
Chöông 5
SPICE MIXER
Date/Time run: 06/07/89 16:45:26
2.2
Temperature: 27.0
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
(MH)
a V(9)
Frequency
SPICE MIXER
Date/Time run: 06/07/89 16:45:26
300
Temperature: 27.0
(mv)
200
100
0
v(1)
3.0
(v)
2.0
1.0
0.0
0.0
a V(9)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
(MH)
Frequency
91
Ñoåi taàn
Receiver Circuits
Mixer
4
9
15
1748pF
50
T
TRF
1k
120k
6
1
300
2
3
UF
7
8
+
5
+
-
VRF
18k
1,2k
VLO
-
Mixer with node numbers from Micro - CAP II designer screen
1mV 30.00
18.00
5.99
-5.99
-18.00
-30.00
AM MIXER
9V 1.00
0.60
0.20
-0.20
-0.6
-1.00
80
1.60
TIME IN US
2.40
3.20
12 trang
23480
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 5: Đổi tần", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mach_dien_tu_thong_tin_chuong_5_doi_tan.doc
