Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử - Chương 5: Trộn tần

 70
CHƯƠNG 5 
TRỘN TẦN 
5.1 Định nghĩa 
5.1.1 Định nghĩa 
Trộn tần là quá trình tác động lên hai tín hiệu sao cho trên đầu ra của bộ trộn nhận 
được tín hiệu tổng hoặc hiệu của hai tín hiệu đó. 
Gọi : fns : là tần số của tín hiệu ngoại sai 
 fth : là tần số của tín hiệu cần trộn với fns
 ftg : là tần số trung gian lấy ở đầu ra của bộ trộn tần. 
5.1.2 Nguyên tắc 
Khi tín hiệu ngoại sai và tín hiệu hữu ích đưa vào phần tử phi tuyến thì dòng điện 
tổng hợp được khai triển theo chuỗi Taylo. 
 i = ao + a1v + a2v2 + ... anvn + ... 
Trong đó : v = vns + vth
Giả sử : vns = Vns cosωnst 
 vth = Vth cosωtht 
⇒ i = ao + a1 (Vns cos ωnst + Vth cos ωtht) + )(2
222
thns VV
a + + 
+ 
2
2a ( cos 2ω2nsV nst + ( cos2ω2thV tht) + a2VnsVth[cos(ωns + ωth)t+cos (ωns - ωth)t]+.. 
Tín hiệu ra gồm có thành phần một chiều, thành phần cơ bản : (ωns, ωth ,ωns± ωth, 
2ωns, 2ωth . Ngoài ra còn có các thành phần bậc cao. 
 ω = | nωns ± mωth| 
Khi m, n = 1 ⇒ ω =ωns± ωth : bộ trộn tần đơn giản 
 m, n > 1 ⇒ bộ trộn tần tổ hợp. 
Thông thường ta chọn bộ trộn tần đơn giản. 
5.2 Mạch trộn tần 
5.2.1. Mạch trộn tần dùng Diode 
Ưu điểm : được ứng dụng rộng rãi ở mọi tần số, đặc biệt ở phạm vi tần số cao (trên 
1GHz). Nhược điểm : làm suy giảm tín hiệu. 
 71
R3s
C1 C2 
C3 L1 
L2 
L3 
a) 
vth vtg 
b) 
vns
vns
vtgvth 
c) 
vns
vtgvth 
Hình 5.1. Mạch trộn tần dùng diode 
a. Mạch trộn tần đơn. b. Mạch trộn cân bằng 
c. Mạch trộn tần vòng. 
5.2.1.1. Sơ đồ trộn tần đơn : 
 72
π/2 ωnst
i S
S
ωns
C2 Vns
v 
Hình 5.2. Đặc tuyến của diode và dạng sóng tín hiệu 
Theo đặc tuyến lý tưởng hóa của diode ta viết được quan hệ : 
 i = ⎩⎨
⎧
<
≥
00
0.
vkhi
vkhivs
Trong đó : i
iu
i G
Rd
ds === 1 
Vì điện áp ngoại sai là hàm tuần hoàn theo thời gian, nên hỗ dẫn là một dãy xung 
vuông góc với độ rộng phụ thuộc vào góc cắt θ. Với điểm đỉnh chọn tại gốc tọa độ 
2
πθ = . 
Theo chuỗi Fourier ta tính được biên độ hai bậc n của S : 
 Sn = Sn
ntdtnS ns
o
ns .
sin2)(cos2 π
θωωπ
θ
=∫ 
Thay 
2
πθ = và giả thiết n = 1 ta tính được hỗ dẫn trộn tần : 
 Stt = π
SSn =2
1 
Tương tự điện dẫn trộn tần được xác định : 
 π
θωπ
θ StdGGG nsiioitt === ∫
0
)(1 Với 
2
πθ = thì Gitt = 2
S 
Chú ý : để chống tạp âm ngoại sai, thường dùng sơ đồ trộn tần cân bằng. 
5.2.1.2. Sơ đồ trộn tần cân bằng (hình 5.1) 
Điện áp tín hiệu đặt lên hai diode ngược pha. 
Điện áp ngoại sai đặt lên hai diode đồng pha. 
 73
 VthD1 = Vth cos ωtht 
 VthD2 = Vth cos (ωtht + π) 
 VnsD1 = Vns D2 = vns
Dòng điện trung tần tạo ra đi qua các diode : 
 itg1 = Itg1 cos (ωns - ωth) t 
 itg2 =Itg2 cos [(ωns - ωth) t - π] 
 = Itg2 cos [π - (ωns - ωth)] 
 = -Itg2 cos [ωns - ωth]t 
Trên mạch cộng hưởng ra ta được : 
 itg = itg1 - itg2 = 2Itg.cosωtgt 
5.2.1.3. Mạch trộn tần vòng 
Gồm 2 mạch trộn tần cân bằng mắc nối tiếp. Trên đầu ra sơ đồ này chỉ có các 
thành phần tần số ωns± ωth còn các thành phần khác đều bị khử do đó dễ tách được 
thành phần tần số trung gian mong muốn. 
5.2.2. Mạch trộn tần dùng phần tử khuếch đại 
5.2.2.1. Mạch trộn tần dùng BJT 
vth ~ 
~ vns
~ ~ vth vns
Hình 5.3. Mạch trộn tần dùng BJT 
Mắc BC với Vns đặt vào emiter 
Hình 5.4. Mạch trộn tần dùng BJT 
Mắc BC với Vns đặt vào base 
Hình 5.5. Mạch trộn tần dùng BJT 
Mắc EC với Vns đặt vào base 
~ 
~ 
vth
vns
~ ~ vth vns
Hình 5.6. Mạch trộn tần dùng BJT 
Mắc EC với Vns đặt vào emiter 
 74
• Đặc điểm của sơ đồ BC 
- Phạm vi tần số cao và siêu cao vì tần số giới hạn của nó cao. 
- Hệ số truyền đạt của bộ phận trộn tần thấp hơn so với sơ đồ EC. 
• Các sơ đồ khác nhau ở cách đặt điện áp ngoại sai vào BJT: 
Trên cơ sở sơ đồ nguyên lý, người ta đã thiết kế nhiều loại sơ đồ thực tế khác 
nhau như dưới đây : 
A. Trộn tần dùng BJT mắc theo BC 
A) Mạch trộn tần dùng BJT đơn mắc theo BC với điện áp ngoại sai vns đặt vào 
bazơ 
C1 , C3 : tụ liên lạc; C2L2 : cộng hưởng Vth; C4 : nối masse Vth. 
Điện áp vns ghép lỏng với bazơ để tránh ảnh hưởng tương hỗ giữa mạch tín hiệu 
và mạch ngoại sai. 
B. Trộn tần dùng BJT đơn mắc theo EC 
-VCC
vns
vtg
vth
C5 L5 L4 
R4
R3
R2
L1 L2 
C4
C3
C2
C1 R1
Hình 5.7. Mạch trộn tần dùng BJT đơn 
mắc BC với Vns đặt vào base 
- VCC
C6 
L4C7 L5 
C5
L1 L2 C1 R1
C2 
C3 
C4
R2
R3
R4
vns
Hình 5.8. Mạch trộn tần dùng BJT đơn mắc EC với Vns đặt vào base 
vtg
vth
 75
B) Mạch điện trộn tần dùng BJT đơn mắc EC với vns ở bazơ. 
Điện áp vns được đặt vào bazơ qua điện trở nhỏ R3 (10 - 50)Ω, điện trở này có tác 
dụng nâng cao điện trở mặt ghép rbb’ của BJT, do đó nâng cao được độ tuyến tính của 
đặc tuyến BJT. 
C. Tầng trộn tần tự động 
VCC
Hình 5.9. Mạch trộn tần tự động 
‘ 
C3 
L4C4
L2
L3
L6 C6 
C5 R2 R1
L1 
C1 
L5
C3
R3
vtg
vth 
 BJT vừa làm nhiệm vụ trộn tần vừa tạo dao động ngoại sai. 
Vns được tạo nhờ quá trình hồi tiếp dương về E qua L2 và L3
Vth được đặt vào bazơ của BJT qua biến áp vào 
C1, L5 tạo thành khung cộng hưởng nối tiếp đối với tần số trung gian. Nhờ đó vtg 
bị ngắn mạch ở đầu vào, tránh được hiện tượng trộn tần ngược. 
B . 
A 
E 
Ce Re L2 
C2 L3 R
Để tránh ảnh hưởng tương hỗ giữa vth và vns, 
người ta kết cấu mạch dưới dạng sơ đồ cầu, 
trong đó : 
Re,Ce là phần tử ký sinh của mạch vào BJT. 
Khi cầu cân bằng thì VA=VE, không còn tồn 
tại sự liên hệ giữa vth và vns. Lúc đó, nếu vth 
xuất hiện trên L3 thì sẽ không cảm ứng sang 
L2 gây ảnh hưởng đến vns
 D. Trộn tần đẩy kéo 
 76
a) 
b) 
VCC
C
T2
T1
Vtg
R2
C3
vnsR4R3 
R1 
C1 T1 T2
R5
C2 vtg
vth
vns
VCC 
vth 
 Hình 5.10. Mạch trộn tần đẩy kéo 
a. Sơ đò nguyên lý b. Mạch trộn tần đẩy kéo EC 
Ưu điểm của mạch trộn tần đẩy kéo so với sơ đồ đơn : 
 - Méo phi tuyến nhỏ (hai bậc chắn bị triệt tiêu) - Phổ tín hiệu ra hẹp. 
 - Liên hệ giữa tín hiệu và mạch ngoại sai ít. - Khả năng điều chế giao thoa thấp. 
Vì những ưu điểm đó, nên loại mạch này hay được dùng trong bộ trộn tần máy 
phát. Trong sơ đồ đẩy kéo (A), do cách mắc mạch nên điện áp vào T1, T2 lần lượt là : 
 Dòng ra : i
⎩⎨
⎧
−=
+=
thns
thns
vvv
vvv
2
1
c = ic1 - ic2
Với : ic1 = ao + a1 (vns + vth) + a
 ic2 = ao + a1 (vns - vth) + a
 ⇒ ic = 2a2vth + 4a2vth.vns + 2
Thay vns = Vnscosωnst, Vth = Vth.cosωtht và
thành phần tần số : ωth , 3ωth, ωns±ωth và 
5.2.2.2 Mạch trộn tần dùng Transistor
Ưu điểm của trộn tần dùng FET so vđiện 2 (vns + vth)2 + ... 
2 (vns - vth)2 + ... 
a3 3thv + 6a3vth.vns + ... 
 biến đổi ta thấy trong dòng điện ra có các 
2ωns±ωth 
 trường FET 
ới BJT: 
 77
- Quan hệ giữa dòng ra ID (dòng máng) và điện áp vào (VGS) là quan hệ bậc hai, 
nên tín hiệu ra của mạch trộn tần giảm được các thành phần phổ và hạn chế được hiện 
tượng điều chế giao thoa, giảm được tạp âm và tăng được dải rộng của tín hiệu vào. 
 A. Trộn tần dùng FET: Nguyên lý của việc trộn tần dùng FET cũng giống 
như BJT 
C2
C1 R1
Vns
C4
C5 R3R2 C3
vth 
 Hình 5.11. Mạch trộn tần dùng FET 
B. Trộn tần dùng FET mắc đẩy kéo 
vtg
Vcc
C1 C2
R1 R2R3
vns
vth
Hình 5.12. Mạch trộn tần dung FET đẩy kéo