Luận văn Khảo sát tín hiệu điều chế dùng matlab

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT TÍN HIỆU ĐIỀU CHẾ DÙNG MATLAB Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THANH HẢI Sinh viên thực hiện NGUYỄN NHƯ CƯỜNG Lớp : 95 KĐĐ TP. HỒ CHÍ MINH 3 - 2000 CHƯƠNG 1 ĐIỀU BIÊN (AM: Amplitude modulation) Phổ của tín hiệu điều biên: Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức. Giả thiết tin tức là tín hiệu âm tần có phạm vi biến đổi tần số từ Wmin¸Wmax, ta có: VW = VW.cosWt (1.1) Tải tin là dao động cao tần: Vwo = V0.cosw0t (1.2) Từ (1-1) và (1-2) ta được tín hiệu điều biên có dạng: Trong đó: là hệ số điều chế hay còn gọi là độ sâu điều chế. Hệ số điều chế “m” phải thỏa mãn điều kiện m £ 1. Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng điều chế và tín hiệu méo trầm trọng (hình 1-1). Trong thực tế mmax = 0,7 ¸ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bị méo. Ta xác định “m” trong thực tế bằng cách đo các giá trị Vmax, Vmin và áp dụng công thức: Khi m = 1 ta có Vmax = 2V0 và Vmin = 0. Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta có: V0 t 0 t VW 0 t VAM m < 1 t VAM m = 1 t VAM m > 1 Hình 1.1 Dạng tín hiệu VW, V0 và tín hiệu điều biên VAM w0 - W w0 + W w0 Wmin Wmax w w w w0 - Wmax w0 + Wmax w0 w0 - Wmin w0 + Wmin 0 0 0 Hình 1-2 Phổ của rín hiệu AM VAM VW V0 Như vậy khi điều chế đơn âm phổ của tín hiệu điều biên AM có ba thành phần: Tải tin có tần số w0 và có biên độ V0; hai dao động biên có tần số w0 ± W và có biên độ như hình 1-2,a. Khi m=1 thì Nếu ta điều chế một dãi âm tần (Wmin¸Wmax) vào tải tin, ta sẽ có phổ của tín hiệu AM như hình 1-2,c. Ta thấy ngoài tải tin w0 có biên độ V0 còn có hai biên tần: biên tần trên có tần số từ (w0 - Wmin) đến (w0 + Wmax) và biên tần dưới có tần số từ (w0 - Wmax) đến (w0 + Wmin) đối xứng qua tải tin. Thực chất phổ của các dao động hai biên không đồng điều nhau mà càng xa w0 thì biên độ càng giảm do đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởng không phải là hình chữ nhật lý tưởng. Quan hệ năng lượng trong điều biên: Trong tín hiệu đã điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin không mang tin tức. Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còn công suất biên tần là công suất hữu ích. Pwo = (1.6) V20 2RL Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tải tin: Công suất biên tần: Khi điều chế sâu (100%): m = 1 thì (1.9) Từ (1.3) ta có: VAmmax = V0(1+m) Do đó: (1.10) Khi m = 1 thì PAMmax = 4Pwo (1.11) Vậy công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế: Nếu m = 1 thì PAM = 3/2 Pwo (1.13) Þ Pbt = 1/3 PAM (1.14) Hệ số lợi dụng công suất: Khi điều chế sâu nhất m = 1 thì có nghĩa là công suất hữu ích chỉ bằng một phần ba tổng công suất phát đi. Trong thực tế để tín hiệu không méo m = 0,7 ¸ 0,8 thì. Đây chính là nhược điểm của tín hiệu AM so với tín hiệu điều biên (SSB). Các chỉ tiêu cơ bản của dao động đã điều biên: Hệ số méo phi tuyến: Trong đó: I(wt ± nws) (n ³ 2) là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hài bậc cao của tín hiệu điều chế; A B C UW I0 Hình 1-3: Đặc tuyến điều chế tĩnh. A–Giá trị cực đại; B–Tải tin chưa điều chế I(wt ± ws) là biên độ các thành phần biên tần. Để đặc trưng cho méo phi tuyến trong mạch điều khiển, người ta dùng đặc tuyến điều chế tĩnh (hình 1.3). Đặc tuyến điều chế tĩnh cho biết quan hệ giữa biên độ tín hiệu ra và giá trị tức thời của tín hiệu điều chế ở đầu vào. Dạng tổng quát của đặc tuyến điều chế tĩnh được biểu diễn trên hình 1-3. Đường đặc tuyến điều chế tĩnh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A. Đặc tuyến điều chế tĩnh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi của biên độ dao động cao tần đầu ra so với giá trị ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với trị tức thời của điện áp điều chế. Do đó trên đầu ra thiết bị điều biên, ngoài các thành phần hữu ích (các biên tần), còn có các thành phần bậc cao không mong muốn khác. Trong đó đáng lưu ý nhất là thành phần của tần số wt ± 2ws có thể lọt vào các biên tần mà không thể lọc được. Để giảm méo phi tuyến, cần hạn chế phạm vi làm việc của bộ điều chế trong đoạn đường thẳng của đặc tuyến điều chế tĩnh. Lúc đó buộc phải giảm độ sâu điều chế. Hệ số méo tần số: Để đánh giá độ méo tần số, ngươì ta căn cứ vào đặc tuyến biên độ – tần số: M = f(Fs)½Us = const M = Hoặc MdB = 20logM (1.17) m0 m Hệ số méo tần số được xác định theo biểu thức: Trong đó: m0 – hệ số điều chế lớn nhất; m – hệ số điều chế tại tần số đang xét; Méo tần số xuất hiện chủ yếu trong các tầng khuyếch đại âm tần (khuyếch đại tín hiệu điều chế), nhưng cũng có thể xuất hiện trong các tầng điều chế và sau điều chế, khi mạch lọc đầu ra của các tầng này không đảm bảo băng thông cho phổ của tín hiệu đã điều biên(2Fmax) Phương pháp tính toán mạch điều biên: Các mạch điều biên được xây dựng dựa vào hai nguyên tắc sau đây: Dùng phần tử phi tuyến : cộng tải tin và tín hiệu điều chế trên đặc tuyến của phần tử phi tuyến đó. Dùng phần tử phi tuyến có tham số điều khiển được: nhân tải tin và phi tín hiệu điều chế nhờ phần tử phi tuyến đó. Điều biên dùng phần tử phi tuyến: Các phần tử phi tuyến được dùng để điều biên có thể là đèn điện tử, bán dẫn, các đèn có khí, cuộn cảm có lõi sắt hoặc điện trở có trị số biến đổi theo điện áp đặt vào. Tùy thuộc vào điểm làm việc được chọn trên đặc tuyến phi tuyến, hàm số đặc trưng cho phần tử phi tuyến, có thể biểu diễn gần đúng theo chuỗi Taylor khi chế độ làm việc của mạch là chế độ A(q = 1800) hoặc phân tích theo chuỗi Fourier khi mạch làm việc ở chế độ mà góc cắt q < 1800 (chế độ lớp AB, B, C). phương pháp tính toán cho hai trường hợp đó như sau: a). Trường hợp 1: q = 1800 . Giả thiết mạch điều biên dùng Diode (hình 1-5). Nếu các tín hiệu vào thỏa mãn điều kiện ½V0½ + ½VW½ < ½E½ (2.18) thì mạch làm việc ở chế độ A (q = 1800) Hàm số đặt trưng cho phần tử phi tuyến (diode) xung quanh điểm làm việc được biểu diễn theo chuỗi Taylor: iD = a1uD + a2uD2 + a3uD3 +… (1.18) với uD = ED + U0cos0t + UWcosWt Thay uD vào biểu thức (1.18), nhận được: ID = a1(E + U0 cosw0t + UWcoswWt) + a2(E + U0 cosw0t + UWcoswWt)2 + + a3(E + U0 cosw0t + UWcoswWt)3 +… (1.19) Khai triển (1.18) và bỏ qua các số hạng bậc cao n ³ 4 sẽ có kết quả mà phổ của nó được biểu diễn trên hình 1.6. Phổ của tín hiệu ra trong trường hợp này gồm thành phần phổ mong muốn. Các thành phần phụ bằng không khí. A3 = a4 = a5 = … = a2n+1 = 0 (n = 1, 2, 3,…) Nghĩa là nếu đường đặc tính của phần tử phi tuyến là một đường cong bậc hai thì tín hiệu đã điều biên không có méo phi tuyến. Phần tử phi tuyến có đặc tính gần với dạng lý tưởng (bậc 2) là FET. Để thỏa mãn điều kiện (1.18), tải tin và tín hiệu điều chế phải có biên độ bé, nghĩa là phải hạn chế công suất ra. Vì lý do đó, rất ít dùng điều biên chế độ A. t iD iD UD 0 E0 0 t UD 0 Hình 1.5 Điều biên ở chế độ A a) Mạch điện dùng Diode; b) Đặt tuyến của Diode wW b a) + E0 - CB D w0 Hình 1.6 Phổ của tín hiệu điều biên khi mạch làm việc ở chế độ A wW 2wW 3wW w0 + wW w0 + 2wW w0 + 3wW w0 - wW w0 - 2wW w0 - 3wW 2w0 2w0 + wW 2w0 + 2wW 2w0 - wW 2w0 - 2wW w b) Trường hợp 2: q < 1800 khi uD £ 0 ID = (1.20) SuD khi uD >0 Khi q < 1800, nếu biên độ điện áp đặt vào diode đủ lớn thì có thể coi đặc tuyến của nó là một đường gấp khúc (hình 1-7). Phương trình biểu diễn đặt tuyến của diode trong trường hợp này như sau: S: hỗ dẫn của đặc tuyến diode Chọn điểm làm việc ban đầu trong khu tắc của diode (ứng với chế độ C) Vì dòng qua diode là một dãy xung hình sin (hình 1-7b), nên có thể biểu diễn iD theo chuỗi Fourier như sau: ID = I0 + i1 + i2 +…+ in +…= Io + I1cosw0t + I2cos2w0t +..+ Incosnw0t (1.21) Trong đó: I0: thành phần dòng điện một chiều; I1: biên độ thành phần dòng điện cơ bản đối với tải tin; I2, I3,…,In: biên độ thành phần dòng điện bậc cao (hài bậc cao) đối với tải tin; I0, I1, I2,…, In được tính toán theo các biểu thức xác định hệ số của chuỗi Furier: Theo biểu thức (1.20): iD = SuD = S(E + UWcoswWt + U0cosw0t) (1.23) Khi w0t = q thì ID = 0 (hình 2-6), do đó ta có: 0 = S(E + UWcoswWt + U0cosq) (1.24) Lấy (2-22) trừ (2-23) ta có : iD = SU0 (cosw0t - cosq) (1.25) Biểu thức (1.25) là một dạng khác của (1.23), nó biểu diễn sự phụ thuộc của iD vào chế độ công tác (góc cắt q). Biên độ thành phần cơ bản I1 (thành phần hữu ích): ( ) 26 1 2 sin 2 1 SU t td cos ) cos t (cos SU 2 I t 0 0 0 0 t 1 . ÷ ø ư ç è ỉ q - q p = w w q - w p = ị q Do đó trị tức thời của thành phần cơ bản: t cos 2 sin 2 1 SU i t t 1 w ÷ ø ư ç è ỉ q - q p = (1.27) U t cos U E cos 0 w + - = q W W (1.28) Ơû đây q xác định được từ biểu hức (1-24) t Hình 1.6: Điều biên ở chế độ lớp C (tín hiệu vào lớn) Đặc tuyến của Diode, đồ thị thời gian của tín hiệu vào và tín hiệu ra. b) Mạch điện. iD iD 0 0 UD UD 0 UW(t) q a) UW U0 b) - E0 + D CB Điều biên dùng phần tử tuyến tính có tham số Thay đổi: Thực chất quá trình điều biên này là quá trình nhân tín hiệu. Ví dụ về mạch điện loại này là điều biên dùng bộ nhân tương tự (hình 1-7). Trong mạch điện này, quan hệ giữa điện áp ra udb và điện áp vào u0 là quan hệ tuyến tính. Tuy nhiên, khi uW biến thiên thì điểm làm việc chuyển từ đặc tuyến này sang đặc tuyến khác làm cho biên độ tín hiệu ra thay đổi để có điều biên. Căn cứ vào tính chất của mạch nhân, ta viết được biểu thức của điện áp ra sau đây: Uđb = (E + UWcoswWt)U0cosw0t ( ) ( ) ( ) 29 1 t cos 2 U U t cos 2 U U t cos EU u 0 0 0 0 0 0 . w - w + w + w + w = W W W W đb Hoặc Theo (1-28) phổ của tín hiệu ra có tải tin và hai biên tần mong muốn. Uđb UW E U0 K Uđb UW 3 UW 2 UW 1 U0 b) a) Hình 1-7: Điều biên dùng mạch nhân tương tự a) Mạch điện; b) Đặc tuyến truyền đạt Các mạch điều biên cụ thể: Để thực hiện theo nguyên tắc thứ nhất, có thể dùng mọi phần tử phi tuyến, nhưng nếu dùng bán dẫn, đèn điện tử thì đồng thời với điều biên, còn có thể khuyếch đại tín hiệu. Về mạch điện, người ta phân biệt các loại mạch điều biên sau: mạch điều đơn biên, mạch điều biên cân bằng và mạch điều biên vòng. 1. Mạch điều biên đơn: Mạch điều biên đơn là mạch chỉ dùng một phần tử tích cực để điều chế. Các mạch điện trên hình 1-5 và 1-6 là các mạch điều biên đơn dùng diode. Như đã xét trong hai mạch điều biên, dòng điện ra tải ngoài các thành phần hữu ích (các biên tần) còn có đủ mọi thành phần không mong muốn khác (tải tần và các hài bậc cao). Đó là đặc điểm cơ bản của các mạch điều biên đơn. Đặt tuyến Volt-ampe của diode, Transistor hay đèn điện tử chỉ được coi là gần đúng là thẳng khi tín hiệu vào đủ lớn. Chính vì vậy đối với máy phát AM quá trình điều chế thường được tiến hành ở đầu cuối, hay trước cuối. Nếu chỉ dùng Diode ta chỉ thực hiện được điều biên. Còn nếu dùng Transistor, FET hay đèn điện tử ta thực hiện được điều biên, lại vừa khuyếch đại được tín hiệu. Khi tín hiệu vào nhỏ, đặc tuyến Volt-ampe của diode, transistor, đèn điện tử được gọi gần đúng là một đường cong: i = f(V) = a0 + a1V + a2V2 + a3V3 +… (1.30) Sự biểu diễn càng chính xác nếu ta lấy lũy thừa càng cao. Thực tế ta chỉ xét đặc tuyến đến bậc 3, vì các bậc n > 3 có biên độ rất nhỏ. Gọi V1 = Vwo và V2 = VW, cho chúng tác dụng vào phần tử phi tuyến ta có: i=f(V1+V2)=a0+a1V1+a1V2+a2V12+ a2V22+2a2V1V2+a3V13+3a3V12V2+3a3V1V22+a3V23+… (1.31) Để có tín hiệu điều biên ở ngõ ra, chúng ta cần lấy ra: a1V1 là thành phần tần số sóng mang (tải tin): w0 2a2V1V2 là thành phần hai dải biên trên (w0 + W) và biên dưới (w0 - W) D L R VWo Vwo Hình 1-8 Điều biên một vế Nếu ta dùng mạch lọc có tần số cộng hưởng: wCH = w0 như ở hình 1-9 và dải thông có bề rộng D = 2W, ta sẽ lọc được hai thành phần trên và có tín hiệu điều biên thông thường. Nhưng các số hạng 3a3V1V22 sẽ gồm hai thành phần tần số w0 và w0 ± 2W vì cos2x = ½(1 + cos2x). Do W > w0 Để khử méo không tuyến tính ta có hai phương pháp: Đặc tuyến volt-ampe của phần tử không tuyến tính phải có dạng bậc 2 để không có các số hạng bậc 3 (hoặc a3 rất nhỏ). Muốn vậy ta phải dùng FET. Khử méo bằng cách cải tiến mạch, thực hiện điều chế cân bằng như sau: Trong hình 1-9a, điện áp đặt trên D1 và D2 lần lược là: (1.33) (1.32) u1 = UWcoswWt + U0cosw0t u2 = - UWcoswWt + U0cosw0t Dòng điện qua các diode được biểu diễn thành chuỗi Taylor: i1 = a0 + a1u1 + a2u12 + a3u13 +… i2 = a0 + a1u2 + a2u22 + a3u23 +… Dòng điện ra: i = i1-i2 (1.34) Thay (2-32), (2-33) vào (2-34) ta có: i = AcoswWt+ Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]+ D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.35) Trong đó: A = UW2a1+3a3U02+½(a3UW2) 1.36 B = ½(a3UW3) C =2a2UWU0 D=3/2(a3UWU0) Tương tự như vậy cũng chứng minh kết quả đó trên mạch điện hình 1-9b, Trong trường hợp cần có tải tin ở đầu ra, sau khi điều chế có thể đưa thêm tải tin vào phổ của tín hiệu ra của mạch điều biên đã cân bằng được biểu diễn trên hình 1-9c. CB CB D1 D2 i1 i2 Uđb UW U0 UW U0 - UCC + Uđb a) b) 0 wW 3wW wt +3wW w0 2w0 wt -3wW Hình 1.9: Mạch điều biên cân bằng. a) Dùng diode; b) Dùng Transistor; phổ tín hiệu ra; w0 - wW w0 + wW 2w0 + wW 2w0 - wW Một dạng khác của mạch điều chế cân bằng là mạch điều chế vòng, thực chất đây là hai mạch điều chế cân bằng có chung tải. Sơ đồ mạch điều biên biểu diễn trên hình 1-10. Gọi phần điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D1, D2 là i1 và dòng điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D3, D4 là iII . Theo 1.35: II= AcoswWt+ Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]+ D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.37a) III = iD3- iD4 (1.37b) Trong đó: 1.38 iD3= a0 +a1u3+a2u32+a3u33+… iD4= a0 +a1u4+a2u42+a3u43+… Với u3và u4 là điện áp đặt lên D3và D4, được xác định như sau: 1.39 u3=-U0cosw0t-UWcoswWt D1 D2 D3 D4 Uđb UW CB CB U0 w w0 - wW w0 + wW w0 Hình 1.10: Mạch điều biên vòng. a) Mạch điện; b) Phổ tín hiệu 0 u4=-U0cosw0t-UWcoswWt Thay (1.38), (1.39) vào (1-37b) ta được: iII=- AcoswWt - Bcos3wWt+ C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t]- D[cos(2w0+wW)+ cos(2w0-wW)t] (1.40) A, B, C, D trong các biểu thức (1.37a), (1.40) được xác định theo biểu thức (1.36). Từ (2.37a) và (1.40) xác định được dòng điện ra: iđb = iI+iII= 2 C[cos(w0+wW)t+ cos(w0-wW)t] (1.41) Vậy dùng mạch điều chế vòng còn có thể khử được các hài bậc lẻ của wW và các biên tần của 2w0, do đó méo phi tuyến rất nhỏ. Phổ tín hiệu ra của mạch điều chế vòng được biểu diễn trên hình 1-10b. U0 Uđb t t t Hình 1-11: Minh họa tác dụng của mạch điều chế vòng như một mạch nhân 0 0 0 Mạch điều chế vòng cũng có thể coi là một mạch nhân. Nguyên tắc nhân được minh họa trên hình 1-11. Giả thiết tải tin là dãy xung hình chữ nhật. Tùy thuộc vào sự thay đổi của tải tin, lúc thì D1, D2 mở , lúc thì D3 và D4 mở, cặp diode còn lại ngắt làm cho tín hiệu vào uW thay đổi cực tính theo nhịp của u0. Tác dụng của mạch điều chế vòng đúng như một mạch nhân. UW Mạch điều chế bằng Transistor: Về nguyên lý điều biên bằng Transistor cũng gồm các loại : Trong trường hợp Tranzistor lưỡng cực, FET, đèn điện tử để điều biên, người ta phân biệt các loại mạch điều biên sau đây: điều biên base, điều biên collector, điều biên cửa, điều biên máng, điều biên anot, điều biên lưới,… Các loại mạch điều biên có tên gọi tương ứng với cực mà điện áp điều chế được đặt vào. Các Transistor cũng hoạt động ở chế độ kém áp (x= 0,85 ¸0,95xth) và được chọn sao cho có thể duy trì độ tuyến tính của đặc tính điều chế. Người ta thường sử dụng việc tạo thiên áp hỗn hợp cho base để duy trì điều chế tuyến tính và giữa góc cắt q = 900. Trên hình 1-13 là một mạch điều biên collector biến đổi theo điện áp âm tần: V*CC =VCC + VWcosWt (1.42) VCC: điện áp nguồn cung cấp trong trường hợp sóng mang không điều chế. VW:Biên độ điện áp âm tần từ bộ khuếch đại công suất âm tần. Vwo VCC Tới tầng trước Tới bộ KĐCS âm tần VW Ra L C®¥ C1 C2 C®¥ Lch Hình 1-12: Điều biên Collector Đối với Transistor, điện áp của Collector không được tăng quá giá trị an toàn cực đại dù trong thời gian ngắn. Bởi vậy cần phải thỏa mãn điều kiện: Vwo + VW < VCemax= BVCEO (1.43) Trong đó : Vwo: điện áp cao tần cực đại ở collector khi m=1; BVCEO: điện áp đánh thủng cho phép cực đại; Khác với đèn điện tử, điều biên Collector có công suất đánh giá bằng công suất đỉnh: PTB = Pwo(1+m)2/hCH (1.44) hCH: hiệu suất của mạch cộng hưởng. Trong trường hợp tổng quát, đặt tuyến điều chế IC1(VCC) là phi tuyến như hình 2-14. Khi đó: IC1 = IC1max(VCC/VCcmax)1-d (1.45) d : hệ số biến thiên 0 £ d £ 0,25 Đặc tuyến điều chế Collector có thể được tuyến tính hóa nhờ điều chế phụ base. Khi điện áp Collector thấp mối nối Collector được phân cực thuận bởi điện áp đầu vào. Do vậy dao động cao tần trực tiếp đi qua mối nối Collector phân cực thuận. Sự thay đổi của dòng Collector trong vùng 0-a xuất hiện bởi điều chế quá mức khi tín hiệu lớn. Để tránh méo phi tuyến gây ra người ta áp dụng điều chế Collector phụ được thực hiện ở Collector của tầng trước đó. 0 IC1 VCC VW VAM VR Vwo - VAM+ Hình 1-13: Đặc tuyến điều chế Collevtor Hình 1-14:ĐBCB Transistor Ta có thể thực hiện điều chế cân bằng không có mạch lọc đầu ra dùng Transistor (hình 1-14). Ưu điểm của nó là méo phi tuyến nhỏ, biên độ điều biên ở đầu ra lớn. VÍ DỤ MINH HỌA: Cho tín hiệu điều biên với hệ số điều chế m=2, tần số điều chế W =10Khz. Tín hiệu tải tin có biên độ V0=5mV và tần số w0=1Mhz Viết phương trình tín hiệu điều chế và tín hiệu đã điều chế. Vẽ dạng tín hiệu đã điều chế. Giải: Ta có: V0(t) = 0.005 cos (2p*106) t Ta lại có: Þ VW = mV0 = 2*0.005 =0.01 Tín hiệu điều chế: VW = 0.01 cos (2p*104) t Tín hiệu đã điều chế: VAM (t) = 0.005 [cos (2p*106) *t]*[ 1+ 2 cos(2p*104) *t]. Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế: fc=10^6;fm=10^4; T=1/fc; t=0:T/200:100*T; VAM(t)=0.005*cos(2*pi*fc*t).*[1+2*cos(2*pi*fm*t)]; plot(t,VAM(t)) Title('DC-AM,m>1') Cho mạch điều biên collector như hình vẽ. TF2 TF1 T1 2N39C LF HF AM Hình 1-15: Bộ điều biên sử dụng Transistor Có tín hiệu tải tin: V0 (t) = 10 cos (2p *106) t Và tín hiệu điều chế: VW (t) =7 cos (p*104) t Hãy tìm giá trị của hệ số điều chế m và biểu thức của tín hiệu đã điều chế.Vẽ dạng tín hiệu đã điều chế. Giải: Hệ số điều chế m: m = Biểu thức của tín hiệu đã điều chế: VAM (t) = 10 cos (2p*106) t *[ 1+ 0.7* cos (2p*104) t] Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế: fc=10^6;fm=10^4; T=2/fc; t=0:T/50:100*T; VAM(t)=10*cos(pi*fc*t).*[1+.7*cos(2*pi*fm*t)]; plot(t,VAM(t)) title('DC-AM,m<1') Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều biên và vẽ dạng tín hiệu điều biên đó với tín hiệu tải tin: V0 (t) = 5 cos (2p*1.7*106) t. Và tín hiệu điều chế: VW (t) = 5 cos (2p*5*104) t. Giải: - Biểu thức của tín hiệu điều chế: Ta có: m= Do đó: VAM (t) = 5 cos(2p*1.7*106) t*[ 1+ 1cos(2p*5*104) t] Mô phỏng dạng tín hiệu điều chế: fc=1.7*10^6;fm=5*10^4; T=1/fc; t=0:T/200:100*T; VAM(t)=5*cos(2*pi*fc*t).*[1+1*cos(2*pi*fm*t)]; plot(t,VAM(t)) title('DC-AM,m=1') CHƯƠNG 2 ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SSB: single sideband) >> 0 f0 f 0 f Hình 2-1:Phổ của SSB >> 1. Ưu khuyết điểm của điều chế đơn biên: Ta biết tin tức chỉ chứa trong biên tần, nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ thông tin về tin tức. Quá trình điều chế nhằm tạo ra một dải biên tần gọi là điều chế đơn biên. Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng do đó có thể nén toàn bộ hoặc một phần tải tin trước khi truyền đi. Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với điều biên Độ rộng dải tần giảm một nữa : DSSB <1/2DAM Bởi vậy trong cùng một dải tần số thì số đài có thể bố trí tăng gấp đôi. Hiệu suất rất cao đối với điều chế AM: Phữu ích= Pbt = 1/3PAM khi m=1 Đối với điều chế đơn biên Phữu ích = Pbt = PSSB . Xét hệ số lợi dụng công suất : kAM =1/3 và kSSB =1 khi m = 1 kAM = 1/9 và kSSB =1 klhi m = 0,5 Vậy khi m càng nhỏ thì máy phát đơn biên càng có công suất hữu ích lớn hơn nhiều lần so với Phữu ích của máy phát điều biên. (3) Do DSSB £ 2DAM nên đối với các loại nhiễu nói chung (S/N)SSB > (S/N)AM và riêng đối với nhiễu trắng (nhiễu có cường độ như nhau) thì (S/N)SSB ³ Như vậy để máy phát AM và SSB có cùng S/N, ta phải tăng PAM lên hai lần Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f0 có thể bị suy giảm. Đối với máy thu AM có lúc m > 1 sẽ gây méo do quá điều chế. Nếu pha đinh rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang thì máy thu sẽ không thu được gì. Còn đối với máy thu SSB pha đinh làm suy giảm hay triệt tiêu tần số sóng mang không gây ảnh hưởng gì. Đối với tín hiệu AM trong giải truyền sóng ngắn, do sự phân tán của đặc tuyến pha mà xẩy ra sự chia pha các dao động trong dải biên. Điều đó làm méo tín hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầu vào bộ tách sóng của máy thu AM. Tổn hao công suất ở đầu ra, do đó được đánh giá là 50%. Còn đối với tín hiệu SSB thì mọi tin tức điều được phát trong một dải biên nên không có hiện tượng chia pha. Dùng tín hiệu SSB sẽ thực hiện được sự bảo mật tốt, do nếu không biết tần số sóng mang thì sẽ không thu được tin tức. Do vậy máy phát và máy thu SSB được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực quân sự. Tuy có nhiều ưu điểm nhưng do yêu cầu kỹ thuật khá cao như mạch lọc dải phải rất hẹp và dốc đứng; việc tạo lại tần số sóng mang f0 trong máy thu phải rất chính xác mới không méo tín hiệu… nên máy phát và máy thu hiệu SSB cấu tạo phức tạp hơn so với máy phát và máy thu AM. Bởi vậy nó chỉ được dùng trong các máy thu phát thông tin chuyên dụng như trong máy phát thoại và phát tín hiệu nhiều kênh. uđb(t) = U0 cos (w0+wW) (2-1) Ta có tín hiệu điều chế đơn biên sau đây: Trong đó: Trong biểu thức (2-1), m không mang ý nghĩa về độ sâu điều chế nữa và gọi là hệ số nén tải tin. Đồ thị vecto của tín hiệu đơn biên được biểu diễn trên hình 2-2. Ta thấy, vectơ đặc trưng cho dao động điều chế đơn biên thay đổi cả về biên độ lẫn góc pha, nghĩa là điều chế đơn biên bao giờ cũng kèm theo điều chế pha. Tải tin bị nén một phần hoặc bị nén hoàn toàn, do đó vectơ tải tin U0 có thể nhỏ hơn vectơ biên tần UW. Trong kỹ thuật truyền hình tín hiệu điều chế video một phần là tín hiệu điều biên (khi fs £ 0,75MHz), phần còn lại (0,75 MHz £ fS£ 5 MHz) là tín hiệu điều chế đơn biên (hình2-3). Bằng cách đó giảm được dải