›
›

Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 7: Dao động-Tổng hợp tần số

Download
Chöông 7  
104  
Chöông 7  
DAO ÑOÄNG - TOÅNG HÔÏP TAÀN SOÁ  
Dao ñoäng vaø toång hôïp taàn soá (THTS) - phaàn raát quan troïng cuûa  
ñieän töû thoâng tin. Trong taøi lieäu naøy chæ xeùt dao ñoäng sin cao taàn. Maïch  
dao ñoäng bieán ñoåi naêng löôïng ñieän nguoàn moät chieàu thaønh xoay chieàu.  
Thoâng soá quan troïng nhaát cuûa boä dao ñoäng - ñoä baát oån taàn soá töông ñoái.  
f fo  
fo  
   
trong ñoù: fo - laø taàn soá dao ñoäng caàn coù; f - laø taàn soá dao ñoäng coù ñöôïc.  
Caùc maïch dao ñoäng LC cho = 10-3, -4. Dao ñoäng thaïch anh coù  
= 10-6, -7, -8, -9 ñöôïc duøng laøm dao ñoäng chuaån. f fo goïi laø ñoä baát  
oån ñònh taàn soá tuyeät ñoái. Caùc thoâng soá khaùc cuûa boä dao ñoäng: coâng  
suaát ra, daûi taàn, trôû khaùng ra.  
7.1 NGUYEÂN LYÙ DAO ÑOÄNG  
Amp  
vo  
Amp  
vo  
vo  
vo  
vi  
vi  
A
A
=
=
v
v
vi  
vi  
Hoài tieáp  
vf  
Hoài tieáp  
vf  
vf  
vf  
B
B
=
f
=
f
vo  
vo  
a)  
b)  
Hình 7.1 Sô ñoà nguyeân lyù dao ñoäng  
Maïch dao ñoäng goàm maïch khueách ñaïi vaø maïch hoài tieáp döông  
ñoàng thôøi laøm taûi choïn loïc cao taàn cuûa khueách ñaïi.  
Ñoä lôïi khueách ñaïi ñieän aùp khoâng hoài tieáp  
Ao(ñieänaùpramaïchkhueáchñaïi)  
Av   
Ai (ñieänaùpvaøomaïchkhueáchñaïi)  
Moät phaàn ñieän aùp ra Af ñöa veà hoài tieáp döông cho maïch khueách ñaïi:  
Heä soá truyeàn ñaït maïch hoài tieáp Bf Vf /Vo  
Vf Bf Vo - ñieän aùp hoài tieáp gheùp noái tieáp vôùi nguoàn ñieän aùp kích  
khôûi ban ñaàu Vs  
.
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
105  
Hoài tieáp aâm neáu pha Vs vaø Vf ngöôïc nhau, khi ñoù Vi Vs Vf  
giaûm, ñieän aùp ra Vo giaûm.  
Hoài tieáp döông, neáu Vs vaø Vf cuøng pha daãn ñeán Vo taêng töùc laø  
coù dao ñoäng.  
Xeùt hoài tieáp döông:  
Vo Vi Av (Vs Vf ) Av (Vs Bf Vo) Av AvVs AvBf .Vo  
Ñeå coù töï dao ñoäng thì Vs = 0 suy ra AvBf 1  
Ñieàu kieän AvBf 1 coøn goïi laø tieâu chuaån Barkhausen.  
Thoâng thöôøng, neáu AvBf 1, töùc laø maïch khueách ñaïi buø ñöôïc  
suy hao cuûa maïch hoài tieáp. Neáu AvBf 1, maïch khoâng dao ñoäng.  
Vo  
Av  
Daïng khaùc, Vs = 0 ta coù:  
Avf  
Vi  
1 AvBv  
vôùi Avf laø heä soá khueách ñaïi ñieän aùp coù hoài tieáp döông.  
Neáu AvBf 1 thì Avf   maïch töï dao ñoäng.  
Töø tieâu chuaån Barkhausen, coù ñieàu kieän dao ñoäng veà bieân ñoä vaø pha:  
Av.Bf = 1; A  B 2n; n = 0,1,2...  
vôùi A, B laø pha cuûa maïch khueách ñaïi vaø maïch hoài tieáp.  
Xeùt maïch dao ñoäng daïng  
x
1 x2  
x3  
0
0
0
1
x3  
x2  
toång quaùt veà maët xoay chieàu (AC)  
goàm phaàn töû tích cöïc khueách ñaïi  
vaø maïch hoài tieáp goàm ba phaàn töû  
khaùng X1,2,3 ñoàng thôøi laø taûi coäng  
höôûng. Boû qua ñieän dung kyù sinh  
baùn daãn vaø ñieän trôû toån hao cuûa  
x1.x2  
x1.x3  
x1  
V
f
Bf  
; Av   
Vo  
B
Hình 7.2 Maïch dao ñoäng veà AC  
caùc phaàn töû khaùng ta coù maïch töông ñöông xoay chieàu cuûa boä dao ñoäng.  
Coi BTT khoâng coù quaùn tính. Ñieàu kieän dao ñoäng:  
L1  
L2  
C3  
L2  
C1  
L3  
L3  
L1  
C1  
C1  
C3  
C2  
C2  
Hartley  
Gheùp bieán aùp  
Colpitt  
Clapp  
Hình 7.3 Caùc daïng maïch dao ñoäng LC  
Chöông 7  
106  
Hai daïng maïch dao ñoäng cô baûn thoûa ñieàu kieän dao ñoäng:  
Hartley (ba ñieåm ñieän caûm), vaø colpitt (ba ñieåm ñieän dung). Dao ñoäng  
gheùp bieán aùp laø bieán theå hartley, vaø clapp - bieán theå cuûa colpitt. Löïa  
choïn thoâng soá toái öu cho khueách ñaïi cuûa boä dao ñoäng:  
ICO = vaøi mA; VCE = 6V (vaøi volt)  
o
Maïch dao ñoäng taàn soá cao thöôøng duøng nhaát - clapp cho ñoä oån  
ñònh cao, thöù ñeán - colpitt, roài hartley. Maïch dao ñoäng hartley thöôøng  
duøng trong coâng nghieäp hoaëc nhöõng nôi khoâng caàn oån ñònh taàn soá cao  
nhö loø toâi cao taàn, daùn cao taàn.  
Bf  
Bf  
Bf  
A  
=
B = 180o  
A  
=
B = 0o  
A =  
B = 0o  
Hình 7.4 Caùc ñieàu kieän pha cuûa maïch dao ñoäng maéc CE, CB, CC  
7.2 PHAÂN TÍCH MAÏCH DAO ÑOÄNG  
CB  
RB  
C1  
C2  
L
RL  
CB  
CB  
RE  
+Vcc  
Hình 7.5 Dao ñoäng colpitt maéc CB  
gmV  
C1  
C2  
C1  
L
L
gmV  
RL  
RL Vo  
V
ri  
ri  
V
RE  
RE  
C2  
a)  
b)  
Hình 7.6 a) Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû maéc CB cuûa boä dao ñoäng  
b) Maïch töông ñöông sô ñoà a. nhöng hôû maïch hoài tieáp  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
107  
Giaû söû boû qua ñieän trôû ra BJT, RB ñuû lôùn, tuï CB coi nhö noái taét veà AC  
Ta coù: |Av|.|Bf| 1 vaø A  B 0 laø ñieàu kieän dao ñoäng.  
VT  
IC  
26mV  
Ic mA  
C2 //RE //r   
Tuï  
(ñieän trôû vaøo taàng khueách ñaïi maéc CB)  
1
Heä soá phaåm chaát Q cuûa maïch dao ñoäng coù taûi lôùn. Ñieän aùp ngoõ  
ra maïch hoài tieáp:  
VoC1  
C1 C2  
V   
Trôû khaùng töông ñöông maïch coäng höôûng:  
r RE  
r RE  
C C  
2  
i
2
2
Req  
C1  
i
C1  
C1 C2  
V
Vo  
Heä soá truyeàn ñaït Bf   
Taïi coäng höôûng o   
1
C1C2  
C1 C2  
L
Req.RL  
Req RL  
Vo  
V
A  B 0 vaø Av   
gm.zL gm.  
. Trong ñoù:  
Ñieàu kieän dao ñoäng veà bieân ñoä:  
Req.RL  
Req RL C1 C2  
C1  
|Av|.|Bf| gm.  
.
1  
2  
C C  
1
2
Neáu RE >> ri thì Req r  
; |Av|.|Bf| 1  
i   
C1  
thöôøng choïn baèng 3 (buø tröø sai soá gaàn ñuùng). ÔÛ traïng thaùi xaùc laäp:  
C1 C2  
C1 C2  
|Av||Bf|gmri  
3  
C1  
C1  
Choïn RL >> Req ñeå ít aûnh höôûng tôùi trôû khaùng töông ñöông maïch  
coäng höôûng.  
Ví duï 7.1 Cho sô ñoà treân, cho IC = 1mA; Vcc = 12V; fo = 20MHz; = 100.  
Tính maïch dao ñoäng.  
VT  
IC  
26mV  
1mA  
1
gm  
Giaûi:  
r   
26  
1
Chöông 7  
108  
530k  
RB  
0,1  
RL  
1,5k  
L
0,19  
=100  
C1  
500p  
H  
0,1  
Rc  
3k  
RE  
3k  
C2  
1000p  
0,1  
+Vcc  
+12V  
Hình 7.7 Maïch dao ñoäng Colpitt  
Choïn C1 = C2/2 = 500p coù L = 0,19H  
C C  
2  
1
2
Req r  
234   
i   
C1  
Choïn: RL = 1,5k >> Req; CB = 1F  
VE  
IC  
3V  
1mA  
RE   
3k  
VCC VE VCE  
12 3 6  
1mA  
RC   
3k  
IC  
VCC VE VR  
0,7  
12 3 3 0,7  
c
RB   
100 530k  
(IC /)  
1
7.3 CAÙC KIEÅU MAÏCH DAO ÑOÄNG LC  
1- Maïch dao ñoäng clapp  
+Vcc  
Heä soá gheùp ngoõ ra maïch  
khueách ñaïi vaøo maïch coäng höôûng:  
RFC  
R1  
R2  
CB  
XC  
Ceq  
C1  
C1  
C2  
1
L3  
P   
XC  
eq  
RE  
CE  
C3  
trong ñoù:  
1
Ceq  
1
C1  
1
C2  
1
C3  
Hình 7.8 OSC - clapp  
1
o   
L3(C1 noáitieápC2 noáitieápC3)  
C3  
C1  
1
L3C3  
Neáu C1,2 >> C3 Ceq C3  o   
vaø P   
 1  
töùc laø gheùp loûng ngoõ ra maïch khueách ñaïi vaøo maïch coäng höôûng, giaûm  
aûnh höôûng ñieän dung kyù sinh BJT ñeán taàn soá dao ñoäng. Do ñoù maïch  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
109  
XC  
XC  
C1  
C2  
2
dao ñoäng clapp oån ñònh hôn colpitt: Bf  
1
+12V  
5n  
+12V  
0,01  
RFC  
860  
L
200  
500  
9/180  
500p  
100p  
10H  
100k  
0,01  
100  
27  
H  
H
5n  
360  
10/100p  
1k  
330  
100  
fo=10MHz  
fo= 24MHz  
2N696  
Hình 7.9 Maïch dao ñoäng clapp  
2- Maïch dao ñoäng colpitt  
+Vcc  
R1,2  hie  
RFC  
R1  
1
o  
C1C2  
CB  
L3  
C1  
C1 C2  
L3  
XC  
C1  
C2  
2
Bf  
C2  
R2  
XC  
1
RE  
CE  
Hình 7.10 OSC Colpitt  
Vcc  
+9V  
RB  
0,01  
+Vcc  
0,65  
H  
2,6k  
1k  
CB  
0,01  
C1  
C3  
64  
200  
1k  
L3  
0,01  
C2  
200  
10  
H  
RE  
180  
2700  
fo = 25MHz  
fo = 10MHz  
Hình 7.11 Caùc kieåu maïch dao ñoäng  
3- Maïch dao ñoäng hartley  
XL  
XL  
L2  
L1  
1
2
o   
;
Bf  
(L1 L2)C3  
1
Chöông 7  
110  
+Vcc  
+9V  
CB  
0,005  
1,5H  
RFC  
R1  
R2  
2,6k  
1k  
0,005  
0,005  
CB  
CB  
L1  
L2  
C3  
13/68  
140  
180  
RE  
CE  
0,005  
fo = 10MHz  
Hình 7.12 OSC hartley  
4- Maïch dao ñoäng ñieàu höôûng ngoõ vaøo - ra  
(Tuned-input Tuned-output osc)  
+Vcc  
IA  
Cb’c  
RFC  
C4  
C’b’c  
R1  
R2  
C3  
Out  
Req  
(L2//C2)  
C2  
L2  
L1  
C1  
L’1  
RE  
CE  
a)  
b)  
Hình 7.13: a) Maïch dao ñoäng ñieàu höôûng ngoõ vaøo - ra  
b) Maïch ñieän töông ñöông AC  
,
Ñieän dung Cbc khoaûng vaøi PF, chính laø thaønh phaàn maïch hoài  
tieáp döông töø ngoõ ra trôû laïi ngoõ vaøo.  
Ñieän aùp ôû cöïc C ñaûo pha so vôùi B laø 180. Maïch hoài tieáp döông  
xoay pha theâm 180;  
L2C2 coäng höôûng ôû taàn soá dao ñoäng fo; L1C1 laø coäng höôûng ôû  
,
fo hôi lôùn hôn fo, do ñoù taïi fo maïch L1C1 mang tính ñieän caûm L1  
.
1
,
,
Do XC  XL neân nhaùnh L1 Cbc mang tính dung khaùng, doøng  
'
'
bc  
1
IA sôùm pha hôn ñieän aùp treân cöïc C laø 90.  
,
Ñieän aùp treân L1 sôùm pha so vôùi doøng IA laø 90, töùc laø ñieän aùp  
VL' sôùm pha hôn so vôùi ñieän aùp treân cöïc C laø 180, thoûa ñieàu kieän  
1
pha dao ñoäng A  B 180o .  
Trong moät vaøi tröôøng hôïp caàn ñeäm theâm tuï nhoû giöõa cöïc C vaø B  
ñeå thoûa ñieàu kieän hoài tieáp döông dao ñoäng.  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
111  
5- Dao ñoäng Pierce (Pierce osc)  
Xem xeùt hai tröôøng hôïp rieâng cuûa colpitt osc:  
RB  
RB  
L
RFC  
RFC  
L
L
CB  
CB  
Vcc  
Vcc  
C1  
C2  
C1  
C2  
RE  
CE  
RE  
CE  
Hình 7.14 Dao ñoäng Pierce  
Tuï CB, CE coi nhö noái taét veà AC taïi taàn soá dao ñoäng. Maïch dao  
ñoäng coù teân Pierce. Ñieän trôû RB khoâng maéc song song vaøo maïch ñieàu  
höôûng neân khoâng laøm giaûm heä soá phaåm chaát Q cuûa noù, töùc laø taêng ñoä  
oån ñònh taàn soá boä dao ñoäng.  
Maïch töông ñöông tín hieäu nhoû Pierce osc.  
L
rb’e  
C2  
C1  
Vo  
V
gmV  
gm.V  
jXL jrb'e XC /(rb'e jXC  
) jXC  
2
2
1
Vo VC  
1
jXL jrb'e XC /(rb'e jXC ) jXC  
1
2
2
Vo  
jXC rb'e /(jXC rb'e  
)
2
2
trong ñoù: V   
thay theá V: Vo   
jXC rb'e /(jXC rb'e) jXL  
2
2
gmVorb'e  
1  2LC1 jrb'e (C1 C2  2LC1C2)  
Ñeå coù xoay pha 360, phaàn aûo baèng 0 suy ra taàn soá dao ñoäng:  
C1 C2  
o   
LC1C2  
Ñeå thoûa ñieàu kieän dao ñoäng xoay pha 360: 2oLC1 1, töùc laø  
(C1 C2) LC1  
C1 C2  
1 hay  
1  
LC1C2  
C2  
Töø ñieàu kieän bieân ñoä: |Av|.|Bf| 1 taïi coäng höôûng, coù:  
C1 C2  
gm.rb'e    2LC1 1   
1 hay C C  
2 1  
C2  
Chöông 7  
112  
Moâ phoûng maïch dao ñoäng colpitt duøng spice  
10 V  
+
10nF  
0,65uH  
2,6k  
A
10nF  
65pF  
NPN  
1k  
1k  
10nF  
2700pF  
180  
Moâ phoûng maïch dao ñoäng hartley duøng spice  
10 V  
+
10nF  
30nH  
10nF  
2,6k  
1,5uH  
10nF  
A
NPN  
140pF  
1k  
0,2pF  
1k  
10nF  
180  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
113  
7.4 OÅN ÑÒNH BIEÂN ÑOÄ DAO ÑOÄNG  
Caùc phaân tích tuyeán tính dao ñoäng ôû treân tuy coù thuaän tieän cho  
xaùc ñònh taàn soá dao ñoäng, nhöng chuùng chöa ñeà caäp tôùi bieân ñoä dao  
ñoäng. Coù hai phöông phaùp hieän nay thöôøng duøng ñeå kieåm soaùt bieân ñoä  
dao ñoäng: dao ñoäng töï giôùi haïn vaø maïch ñieàu chænh bieân ñoä.  
1- Dao ñoäng töï giôùi haïn: ñoä lôïi voøng |Av|.|B| 1 (thöôøng baèng  
2; 3). Khi bieân ñoä taêng, baùn daãn ñaït ñeán traïng thaùi baõo hoøa, ñoä lôïi  
voøng giaûm daàn ñeán traïng thaùi bieân ñoä oån ñònh cuûa dao ñoäng.  
2- Duøng maïch ñieàu chænh bieân ñoä: bieân ñoä ra giôùi haïn nhôø giôùi  
haïn doøng Q2.  
Q1  
Q2  
C1  
C2  
Vo  
L
RE  
7.5 ÑOÄ OÅN ÑÒNH TAÀN SOÁ BOÄ DAO ÑOÄNG  
Ñoä baát oån ñònh taàn soá töông ñoái:  
f fo  
fo  
f  
fo  
  
o  
   
Coù hai loaïi baát oån ñònh taàn soá: - thôøi gian daøi (thay ñoåi taàn soá töø  
töø do baát oån nhieät ñoä, aùp suaát, ñoä aåm, rung cô hoïc, nguoàn...); vaø thôøi  
gian ngaén (thay ñoåi taàn soá trong thôøi gian ngaén - moät giaây hay vaøi  
chu kyø tín hieäu do nhieãu nhieät, nhieãu shot). Ñoä baát oån thôøi gian ngaén  
giaûm khi heä soá phaåm chaát Q maïch coäng höôûng taêng.  
Taàn soá dao ñoäng maïch coäng höôûng (mch): o 1/ LC. Döôùi taùc  
Chöông 7  
114  
ñoäng caùc yeáu toá gaây saùi daïng thoâng soá L, C moät löôïng L, C  
.
1
Taàn soá dao ñoäng bò troâi:    
. Khi ñoù ñoä baát  
L  L)(C  C)  
f  
fo  
  
o  
1 L  
C  
C
oån ñònh taàn soá töông ñoái:    
   
2
L
Ñeå nhoû choïn: L vaø C coù heä soá nhieät nhoû bieán thieân ngöôïc nhau  
L  
C  
(L  
; C  
; to ñoä bieán thieân nhieät ñoä).  
L.to  
C.to  
- Coâng suaát ra boä dao ñoäng nhoû  
- Choáng taùc ñoäng rung cô hoïc  
- OÅn ñònh nhieät ñoä maïch dao ñoäng  
- Nguoàn cung caáp oån ñònh, taùch bieät rieâng cho phaàn dao ñoäng  
- Maïch coäng höôûng coù Q lôùn, duøng taàng ñeäm caùch ly maïch dao  
ñoäng vôùi taàng sau.  
- Baùn daãn coù taàn soá caét cao, nhieãu thaáp  
- Maïch vaø phaân cöïc hôïp lyù.  
Phaân tích ñoä baát oån ñònh taàn soá maïch dao ñoäng ba ñieåm ñieän  
caûm, ñieän dung maéc emitter chung:  
Maïch ba ñieåm ñieän dung (3.  
):  
C  
2 C1  
C  
2
2 C2  
f  
fo  
1 L  
2 L  
1
1
1
   
   
   
. P   
. P2  
(1)  
1
C1C2  
C1 C2  
C
C1  
C
C2  
trong ñoù: P   
; P2   
; C   
1
Maïch ba ñieåm ñieän caûm (3.  
)
L  
2 L1  
L  
2 L2  
f  
fo  
1 C  
2 C  
1
1
1
2
   
   
   
. P   
. P2  
(2)  
1
L
L1  
L
L2  
P   
; P2   
; L L1 L2  
1
Trôû khaùng maïch coäng höôûng nhìn töø ngoõ ra BJT ze trong sô ñoà  
Q
Q
C1  
C
(3.  
): ze P2.Q P2.Req  
.
P  
1
1
1
C12  
ze.C1  
C
C1  
trong ñoù: P   
(3)  
1
Q
Töông töï ôû maïch (3.  
)
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
115  
(4)  
L21  
L
ze P2.Req P2.Q   
.Q P .L1Q  
1
1
1
zeq  
L1Q  
L1  
L
P   
1
Theá (3) vaøo (1) cuûa maïch dao ñoäng (3.  
)
z  
2 Q  
f  
fo  
1
1 L  
2 L  
C1 Bf2.2  
e
   
   
trong ñoù: Bf C1 /C2  
Theá (4) vaøo (2) maïch dao ñoäng (3.  
)
ze L1  
2 Q  
L2  
L22  
L2  
L1  
f  
fo  
1
1 C  
2 C  
   
   
Bf2.  
;
Bf   
L21  
Nhaän xeùt: Heä soá truyeàn ñaït maïch hoài tieáp Bf caøng nhoû thì ñoä oån  
ñònh taàn soá caøng taêng. Nhöng neáu ñoä khueách ñaïi AV caøng lôùn thì ñieän  
trôû ra baùn daãn caøng nhoû, gaùnh vaøo maïch coäng höôûng laøm Q giaûm, ñoä  
oån ñònh giaûm. Do ñoù phaûi choïn sao cho Bf khoâng quaù nhoû.  
- ze caøng nhoû ñoä oån ñònh caøng taêng nhöng seõ khoù thoûa ñieàu kieän  
dao ñoäng, do ñoù caàn phaûi coù söï löïa choïn dung hoøa.  
- Q lôùn, ñoä oån ñònh taàn soá dao ñoäng taêng. Ñaây chính laø lyù do maø  
caùc maïch coäng höôûng boä dao ñoäng caàn phaûi choïn sao cho coù heä soá phaåm  
chaát cao. Ngoaøi ra chuùng coøn coù taùc duïng loaïi haøi baäc cao, loïc nhieãu.  
- ÔÛ caùc phaân tích treân ta ñaõ boû qua aûnh höôûng thoâng soá BJT.  
Thöïc chaát neáu phaân tích saâu, caùc thoâng soá phöùc baùn daãn y11, y12, y22  
ñaõ ñöôïc gaùnh vaøo maïch coäng höôûng, caùc thoâng soá naøy coù gaây toån hao  
theâm ôû maïch coäng höôûng, Q giaûm thì ñoä oån ñònh taàn soá giaûm. Phaàn  
phöùc laøm thay ñoåi taàn soá dao ñoäng, do ñoù vieäc löïa choïn linh kieän vaø  
maïch hôïp lyù seõ coù taùc duïng giaûm thieåu aûnh höôûng naøy. Ñieän trôû RE  
goùp phaàn laøm taêng ñoä oån ñònh taàn soá.  
- Nguoàn cung caáp caàn oån ñònh rieâng bôûi leõ thoâng soá BJT phuï  
thuoäc vaøo noù.  
- Ñeå coù dao ñoäng oån ñònh cao, duøng thaïch anh coù Q raát cao.  
7.6 DAO ÑOÄNG THAÏCH ANH (CRYSTAL OSC)  
Trong phaàn crystal filter ta ñaõ ñeà caäp toång quaùt thaïch anh  
duøng cho boä loïc trung taàn. Trong phaàn naøy chuùng ta seõ phaân tích chi  
Chöông 7  
116  
tieát hôn dao ñoäng thaïch anh. noái  
Maïch ñieän töông ñöông thaïch anh  
(TA) goàm nhieàu nhaùnh, coù taàn soá  
coäng höôûng tieáp gaàn baèng soá leû  
rT  
LT  
CT  
Co  
taàn soá cô baûn (fs, fp). Caùc taàn soá naøy goïi laø overtones frequency.  
Trong moät khoaûng taàn soá nhoû quanh taàn soá coäng höôûng, maïch ñieän  
töông ñöông coù sô ñoà ñôn giaûn sau:  
f2  
f3  
QTA = XLT/rT raát lôùn côõ  
105106. Giaù trò LT, CT phuï thuoäc  
kích côõ, chieàu caét TA. Ñieän trôû rT  
ñaëc tröng toån hao cuûa maïch TA,  
chuû yeáu do ñieän cöïc, caáu truùc raùp,  
ñieän trôû daõy noái ra. LT khoaûng  
(166000)mH.  
r1  
r3  
r2n+1  
Co  
L1  
L3  
L2n+1  
C2n+1  
C1  
C3  
Hình 7.15 Maïch ñieän töông  
ñöông thaïch anh  
Baûng thoâng soá TA cuûa JAN crystals  
Taàn soá  
(MHz)  
1,0  
rT  
()  
400  
270  
25  
CT  
Co  
Mode cô baûn  
(PF)  
(PF)  
-
-
0,008  
0,010  
0,021  
0,029  
0,027  
0,027  
0,026  
0,003  
0,0005  
0,00011  
3,2  
4,3  
5,1  
6,4  
5,9  
5,5  
5,8  
6,2  
6,1  
2,9  
2,097  
5,7  
-
7,16  
8,5  
-
30  
-
20  
9,5  
-
30  
20  
-
20  
26  
3
5
5
40  
80  
60  
100  
60  
Trôû khaùng töông ñöông TA:  
1
jCT  
1
1
jCo  
1
r jL   
.
T
T
zTA  
rT jLT   
jCT  
jCo  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
117  
2LTCT 1  
(CT CO  2LTCTCO)  
Do rT << LT, ta coù: zTA j  
(j /) (CO C1)1[1 (/S)2 ]  
hay: zTA( j)  
[1 (/p)2 ]  
Taàn soá coäng höôûng noái tieáp suy ra töø 2SLTCT 1 0  
1
S  
LTCT  
Taàn soá coäng höôûng song song: CT CO  p2 LTCTCO 0  
1
p   
 S vì CO >> CT  
COCT  
CO CT  
LT  
+jX  
0
+jX  
s  
0
s  
p  
p  
Haøi cô baûn  
Haøi 3  
Haøi 5  
-jX  
-jX  
Hình 7.16 Ñaëc tính ñieän khaùng TA  
Trong khoaûng S  p , TA coù tính caûm khaùng, duøng trong maïch  
dao ñoäng TA kieåu song song.  
Taïi  
, TA coi nhö thuaàn trôû rT raát nhoû, duøng trong maïch dao  
s
ñoäng TA kieåu noái tieáp. Ta coù tyû soá:  
fP  
fS  
C1  
CO  
C1  
2CO  
1   
1   
1 (2k)1  
Giaù trò k naèm giöõa 250 vaø 400.  
Ví duï 7.2 fP = 1MHz, tìm fS ?  
Giaûi: Töø baûng thoâng soá TA coù  
CO  
C1  
3,2  
0,008  
k   
400  
C1  
2CO  
fS f / 1   
0,999 MHz  
P
Chöông 7  
118  
1- Dao ñoäng TA kieåu song song (parallel mode crystal osc)  
Thaïch anh ñoùng vai troø nhö moät ñieän caûm trong khoaûng  
(S  p) ôû maïch dao ñoäng colpitt, clapp pierce. Phöông phaùp tính toaùn  
gioáng nhö maïch dao ñoäng ñaõ xeùt, ngoaïi tröø moät löu yù laø TA coù theå caùch  
ly ñieän aùp DC. Caùc ñieän dung maïch dao ñoäng choïn ñuû lôùn ñeå coù theå boû  
qua ñieän dung kyù sinh.  
Ví duï 7.3 Tính maïch dao ñoäng  
R1  
R2  
+Vcc  
TA 20MHz (H.7.17).  
Choïn C1 = C2 = 64 pF  
CB  
C2  
C1  
Ñieàu kieän dao ñoäng:  
20MHz  
XC .XC  
1
2
gm  
1  
RE  
rT  
Hình 7.17  
rT  
XC .XC  
Vaäy: gm  
1
2
Ñieàu khoù khaên cuûa dao ñoäng kieåu naøy ôû choã löïa choïn phaân cöïc  
sao cho khoâng laøm nhuït Q. Baát kyø ñieän trôû naøo maéc song song TA  
cuõng laøm giaûm Q.  
+Vcc  
R1  
R3  
C1  
C2  
RFC  
R3  
C2  
C1  
TA  
R1  
CB  
R2  
R2  
RE  
RE  
+Vcc  
C1  
RFC  
C2  
RE  
R2  
R1  
CE  
R3  
Hình 7.18 Caùc daïng maïch  
dao ñoäng TA kieåu song song  
+Vcc  
2- Tinh chænh taàn soá coäng höôûng TA  
TA tuy coù: Q cao, deã dao ñoäng, ñoä oån ñònh cao, nhöng chuùng chæ  
cho moät taàn soá.  
Dao ñoäng LC coù theå chænh nhuyeãn nhöng keùm oån ñònh.  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
119  
Ñeå thay ñoåi taàn soá coäng höôûng TA trong phaïm vi heïp, coù theå  
maéc noái tieáp vôùi noù moät ñieän dung hay ñieän caûm. Taàm hieäu chænh  
khoaûng 0,2% taàn soá dao ñoäng.  
Giaû söû TA noái tieáp ñieän dung CS:  
Cs  
TA  
,
1
jCS  
zTA zTA  
CT CO CS  2L CT (CO CS)  
1
jC1  
CO CT  LTCTCO  
Taàn soá coäng höôûng noái tieáp:  
CT  
CO CS  
,
s  S 1   
Ñoä dòch taàn soá do coù theâm CS:  
,
,
f s fs  
S  S  
f  
fs  
fs  
S  
CT  
CO CS  
CT  
1
1   
1   
2 C C  
S   
O
Trong maïch dao ñoäng clapp, tuï CS noái tieáp TA thoûa ñieàu kieän  
1/oCs  oLeqTA  
LeqTA laø ñieän caûm töông ñöông TA vaø CS  C1, C2  
Ñeå giaûm aûnh höôûng ñieän dung kyù sinh CO cuûa TA, maéc song song CL  
2LTCT 1  
zTA j  
CO CT CL  2LTCT (CO CL)  
1
fP  
TA  
CL  
CT (CO CL)  
CT CO CL  
2LT  
CT  
fS 1   
2(C C )  
O
T
CT  
2CO  
Khi CL taêng, fP giaûm tôùi gaàn baèng fS vaø (fP fS) fS  
. Tuy  
nhieân QTA giaûm.  
Caùc daïng maïch dao ñoäng TA kieåu song song (H.7.19).  
Chöông 7  
120  
Vcc  
5
470  
48MHz  
5,6  
60  
0,01  
220k  
5n  
2N5179  
2N2222  
82  
0,001  
CS  
5n  
270  
100  
0,001  
1k  
+12V  
Vcc  
56  
a) osc 1-20MHz  
220k  
c) osc 432MHz  
Vcc  
Vcc  
220  
330  
0,022  
L
C
10k  
2,2p  
C2812  
56  
C2839  
47  
16MHz  
5,6k  
1
L.C  
0,01  
2,2k  
120  
1k  
o  
b) osc 16MHz  
d)  
+Vcc  
0,01  
100  
100k  
220k  
0,01  
100  
56  
8
8
2k  
e)  
C2786  
Hình 7.19 Caùc daïng maïch dao ñoäng Thaïch anh  
3- Dao ñoäng TA kieåu noái tieáp (serial - mode crystal oscillator)  
Taïi s, TA coi nhö coù thuaàn trôû rT raát nhoû. Do ñoù, neáu maéc TA ôû  
maïch hoài tieáp boä dao ñoäng coù o = s, thì hoài tieáp veà lôùn nhaát seõ thoûa  
ñieàu kieän dao ñoäng. Neáu o  s, trôû khaùng TA raát lôùn, maïch khoâng  
coøn dao ñoäng. Kieåu dao ñoäng TA ôû taàn soá coäng höôûng noái tieáp s thöïc  
hieän ôû taàn soá cao (> 20MHz). Trong khi ñoù dao ñoäng TA kieåu song  
song laïi bò giôùi haïn ôû taàn soá thaáp. Haàu heát caùc dao ñoäng haøi leû TA ñeàu  
ôû caùc taàn soá coäng höôûng noái tieáp (haøi 3 töø 2060MHz; haøi 5 töø  
60125MHz vaø cao hôn).  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
121  
C1  
C2  
C1  
C2  
zTA = rT  
gmV  
V
Vo  
RL  
RL  
L
CB  
R1  
R2  
L
RE  
ri  
-Vcc  
a)  
b)  
Hình 7.20 Dao ñoäng TA kieåu noái tieáp vaø maïch töông ñöông  
zTA - trôû khaùng TA; ri - ñieän trôû vaøo tieáp giaùp B-E maéc CB ri << RE.  
VoC1  
r
i
Ñieän aùp hoài tieáp: V   
.
; Ñieàu kieän: |zTA r| 1/ C2  
i
C1 C2 r zTA  
i
Ñieän aùp ra:Vo gm.V.zL ; zL taùi töông ñöông nhìn vaøo collector  
2  
1   
C C  
2
zL  
R //(r r )  
L T i  
+Vcc  
L
(j)  
RFC  
o
C1  
Rb  
Heä soá khueách ñaïi voøng hôû:  
zL.C1  
C1 C2  
AV  
(zTA r )1  
C1  
i
C2  
RE  
CE  
Moät daïng khaùc ôû dao ñoäng TA kieåu noái  
tieáp: inpedance-inverting pierce osc coù  
theå dao ñoäng ñöôïc ôû mode parallel.  
Hình 7.21  
+Vcc  
+Vcc  
CB  
570  
12k  
10n  
5,8  
BF224  
L2  
L2  
C1  
L3  
8,2k  
18  
47  
R1  
C4  
C1  
L1  
18  
C3  
1k  
R2  
a) osc 116MHz  
d)  
+Vcc  
C2  
+Vcc  
CB  
C1  
CB  
R3  
L3  
R1  
L1  
C3  
C4  
C1  
R1  
C2  
R4  
CB  
R2  
CB  
R2  
RE  
RE  
2
L2  
1
RE  
b)  
c) Batler osc  
Hình 7.22 Caùc sô ñoà dao ñoäng TA ôû maïch hoài tieáp  
Chöông 7  
122  
7.7 VCO VAØ VCXO  
VCO (voltage-contolled oscillator) laø dao ñoäng kieåm soaùt baèng  
ñieän aùp.  
VCXO (voltage-controlled crystal oscillator) laø dao ñoäng TA kieåm  
soaùt baèng ñieän aùp.  
Caû hai dao ñoäng naøy ñeàu söû duïng varicap. Chuùng ñöôïc öùng duïng  
raát phoå bieán trong ñieàu cheá taàn soá, ño xa (telemetry), dopler radar,  
phaân tích phoå, ñieàu höôûng tivi, PLL (phase-locked loops), vaø toång hôïp  
taàn soá (frequency synthesizers).  
+Vcc  
Cv  
R1  
R2  
L3  
C1  
L3  
C3  
C4  
VT  
CB  
C2  
C1  
C2  
Cv  
C4  
CC  
C1, C2, C3 >> Cv  
1
o  
RE  
L3 .Cv  
a)  
b)  
Hình 7.23 Dao ñoäng VCO daïng Clapp  
Ñieän aùp VT thay ñoåi, dieän dung varicap thay ñoåi, taàn soá dao  
ñoäng thay ñoåi.  
Ñieàu khoù khaên khi thieát keá VCO laø phaûi taïo cho ra ñöôïc ñaùp  
tuyeán truyeàn ñaït f(V tuyeán tính  
)
T
-12V  
0,01  
560  
5,6k  
5,6k  
10  
10  
2N3904  
0,01  
0,01  
150k  
L3  
VCO 2050MHz  
Hình 7.24 Dao ñoäng VCO  
Dao ñoäng - Toång hôïp taàn soá  
123  
Maïch VCXO  
+Vcc  
RFC  
Ls  
CB  
C2  
C1  
VT  
R2  
RE  
Cv  
a)  
+Vcc  
330  
2SK212  
220k  
RFC  
47  
0,001  
0,5  
27k  
180  
0,001  
390  
470  
b)  
Hình 7.25 VCXO  
Xeùt VCO (H.7.23): neáu C1,2 >> CV, ta coù o   
1
L3CV  
o
vôùi CV laø ñieän dung varicap taïi phaân cöïc Vo  
o
1
Khi ñieän aùp V treân varicap thay ñoåi, thì:    
L3CV(V)  
CV  
f fo  
fo  
f  
fo  
f
fo  
o
vaø ñoä baát oån ñònh taàn soá:    
1   
1  
CV  
dfo  
dVvar icap  
f  
v  
Ñoä nhaïy VCO: ko   
vôùi Vvaricap laø ñieän aùp treân varicap.  
7.8 VI MAÏCH VCO  
VCO tuyeán tính coù ñöôïc töø toå hôïp vi maïch dao ñoäng MC1648 vôùi  
varicaùp MV1401. Vi maïch naøy do Motorola cheá taïo laøm VCO cho PLL  
cuøng nhieàu öùng duïng khaùc.  
Tải về để xem bản đầy đủ
doc 34 trang baolam 15440
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử thông tin - Chương 7: Dao động-Tổng hợp tần số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • docgiao_trinh_mach_dien_tu_thong_tin_chuong_7_dao_dong_tong_hop.doc