Khí cụ điện - Phần I: Lý thuyết

ân và quan hệ năng lượng trong điều biên. 
VΩ(t) = VΩcosΩt (1) 
Vω0(t) = V0cosω0t (2) 
VAM(t) = V0(1+mcosΩt)cosω0t (3) 
)1(
V
V
m
0
<= Ω (4) 
( ) ( ) ( )tcos
2
mV
tcos
2
mV
tcosVtV 0
0
0
0
00AM Ω−ω+Ω+ω+ω= 
- Công suất tải tin:
L
2
0
0 R2
V
P =ω (6) 
VΩ 
0 t 
Vωo 
0 t 
VAM 
0 t 
VAM 
0 t 
V0 
2
mV0 
ω0 - Ω ω0 + Ω ω0 
 Trang 25 
- Công suất hai biên tần: 
2
mPP
2
0bt ω= (7) 
- Công suất điều biên: 





+=+= ωω 2
m
1PPPP
2
0bt0AM (8) 
- Hệ số lợi dụng công suất: 
AM
bt
P
P
k = (9) 
- Công suất điều biên lớn nhất: ( )20maxAM m1PP += ω (10) 
Đây là điều kiện để chọn Transistor sao cho 
PAMmax < PCmax 
b- Điều biên Collector 

 Điện áp Collector biến đổi theo điện áp âm tần: 
tcosVVV CC
*
CC Ω+= Ω (11) 
với 1
V
V
CC
1Cm ≈=ξ 

 Để đảm bảo Transistor không bị đánh thủng, phải thỏa mãn điều kiện: 
CEOmaxCE0 BVVVV =≤+ Ωω (12) 
( ) ( ) ( ) maxCECCCC000 VV2m1Vm1VmVV2 ≤≈+≈+=+⇒ ωωω Đối với điều biên thì 
maxCECC V5,0V ≤ (13) 

 Nếu đầu ra của mạch điều biên là mạch lọc có hiệu suất ηCH thì điều biên Collector có 
công suất đỉnh là: 
( )
phépchomaxC
CH
2
0
maxAM P
m1P
'P ≤
η
+
= ω (14) 
Đây là điều kiện để chọn Transistor có PCmax cho phép 

 Để thiết kế bộ điều biên Collector ta sẽ tiến hành theo hai phần như sau: 
- Cho trước 






+
=→
η
=→ ω
2
m1
P
P
P
PP
2
AM
0
CH
A
AM
m
A khi đã biết 0Pω ta tiến hành các 
bước thiết kế như đối với mạch KĐCSCT (mục 2-3) 
- Thiết kế phần điều biên: 1Cm0 mVmVV ==Ω 
 Trang 26 
- Phổ của điều biên ( )tVAM (theo 3) và vẽ phổ 
- Tính công suất hai biên tần (theo 7). 
- Tính hệ số lợi dụng công suất k (theo 9). 
- Kiểm tra điều kiện điện áp (theo 12) 
- Kiểm tra điều kiện công suất (theo 14). 
4-2 Điều tần và điều pha 
a- Quan hệ giữa điều tần và điều pha 

 Dao động điều hòa sóng mang: 
( ) ( ) ( )tcosVtcosVtV 00000 ϕ=ϕ+ω= (1) 

 Tín hiệu điều chế âm tần: ( ) tcosVtV Ω= ΩΩ (2) 

 Tín hiệu điều tần 
FM: ( ) 


 ϕ+Ω
Ω
ω∆
+ω= 000FM tsintcosVtV (3) 
Trong đó: ( ) tcost 0 Ωω∆+ω=ω (4) 
Với ω∆ : lượng di tần cực đại 
Chỉ số điều tần: 
Ω
ω∆
=
Ω
= Ω
V
km f ; hệ số tỷ lệ (5) 
• Tín hiệu điều pha PM: 
( ) [ ]000PM tcostcosVtV ϕ+Ωϕ∆+ω= (6) 
Trong đó: ( ) tcost 0 Ωϕ∆+ϕ=ϕ (7) 
Với ϕ∆ : lượng di pha cực đại 
Chỉ số điều pha: ϕ∆== ΩkVm p (8) 
với k: hệ số tỷ lệ 
• Quan hệ giữa độ di tần và độ di pha: 
( ) tsin..
dt
d
ΩΩϕ∆=
ϕ∆
=ω∆ (9) 
 Trang 27 
Từ 3, 6, 9 ta nhận thấy chỉ cần biết tín hiệu điều tần FM sẽ tìm được tín hiệu điều pha PM 
và ngược lại. 
b- Phổ của tín hiệu điều tần và điều pha 

 Khi chỉ tính các thành phần Im(mf) ≥ 0,01I0(mf) thì bề rộng dải tần của tín hiệu điều tần 
chiếm là: 
( ) maxffFM 1mm2D Ω++= (1) 
- Khi mf > 1 ta có biểu thức gần đúng: 
DFM ≈ 2mfΩmax ≈ 2∆ω (2) 
⇒ gọi là điều tần băng rộng 
- Khi mf < 1 ⇒ DFM ≈ 2Ωmax (3) 
Gọi là điều tần băng hẹp 

 Để mf ≈ const khi tần số thay đổi phía phát phải có mạch pre-emphasis và phía thu có 
mạch de-emphasis. 
c- Điều tần bằng Varicap 
n
inV e
CC 





+ϕ
ϕ
= (1) 
+ Cin: điện dung ban đầu khi e = 0 
+ ϕ: hiệu điện thế tiếp xúc ϕsi ≈ 0,7V 
ω0 + 2Ω 
In(m) 
0 t 
ω0 - Ω 
ω0 + Ω ω0 
I0 
I1 
I1 
I2 
ω0 - 2Ω 
RD 
CD 
 Trang 28 
+ n: hệ số phụ thuộc loại varicap .2,1,
2
1,
3
1n = 
+ eVe pc ∆+= (2) 
với Vpc: điện áp phân cực ban đầu cho varicap 
tcosVtcosVe 00 ω+Ω=∆ ωΩ (3) 

 Trong thực tế ta phải tìm mọi cách để giảm ảnh hưởng của điện áp cáo tần trên varicap, 
khi đó: tcosVe Ω=∆ Ω (4) 

 Gọi điện áp AC trên varicap đã chuẩn hóa: 
pcV
ex
+ϕ
∆
= (5) 
n
pc
in0V V
CC








+ϕ
ϕ
= (6) 
⇒ ( ) 0V
n
V Cx1C
−+= (7) 

 Tùy theo cách mắc varicap vào khung cộng hưởng ta có thể tính gần đúng độ di tần do 
varicap gây ra theo điện áp điều chế VΩ. 








+ϕ
≈∆ Ω
pc
0a V
V
nf5,0f (8) 
VC1 
VC2 
VC0 
CV 
0 
Vpc 
V 
VΩ 
a b c 
L CV0 L L CV0 
CV0 C3 
C4 
 Trang 29 






+







+ϕ
≈∆ Ω
30V
0V
pc
0b CC
C
V
V
nf5,0f (9) 






+







+ϕ
≈∆ Ω
40V
0V
pc
0c CC
C
V
V
nf5,0f (10) 
Mắc Varicap đơn: 
Nếu chọn 
2
V
V CCCEQ = thì 2
V
V CCRE = tạo phân cực ngược cho varicap. Điện trở R thường 
được chọn vài trăm kΩ. Do dòng trên R bằng 0 nên VR = 0V. Để thiết kế mạch điều tần 
varicap cần tiến hành 2 phần 
- Phần thứ nhất: thiết kế để mạch thỏa mãn điều kiện dao động về pha và biên độ 
(giống phần 3-2-b). 
- Phần thứ hai: thiết kế mạch điều tần varicap. Tùy theo cách mắc varicap vào khung 
cộng hưởng theo sơ đồ a, b, c mà chọn công thức (8) hoặc (9) hoặc (10) để tính 
( )ffV ∆=Ω . 
+ Tính f1 = f0 - ∆f ⇒ 
Lf4
1C 2
1
21td pi
= ⇒ CV1 
+ Tính f2 = f0 - ∆f ⇒ 
Lf4
1C 2
2
22td pi
= ⇒ CV2 
+ Vẽ đặc tuyến CV = f(VΩ). 
C 
+VCC 
R2 LK 
Ra 
Cng 
CV0 
R 
Lch 
RE R1 
C 
E LK 
B 
CV0 
C 
R 
RE 
 Trang 30 
Mắc varicap đẩy kéo: 
Sơ đồ mắc varicap đẩy kéo triệt tiêu được hoàn toàn sóng cao tần trên varicap nên các công 
thức 8, 9, 10 ở trên được tính chính xác hơn. 
2
C
2
C
CC
CC
C 2V1V
2V1V
2V1V
0V ==+
= nếu 2V1V CC = . 
Về lý thuyết ( )pF1001C 0V ÷ , trên thực tế giá trị hay gặp pF5010C 0V ÷= ; ví dụ 
pF50CC 2V1V == ⇒ pF25C 0V = . 
Các bước thiết kế được tiến hành như 2 phần ở trên 
d- Ổn định tần số trung tâm của tín hiệu điều tần 
Các biện pháp ổn định tần số trung tâm f0 được xếp từ đơn giản đến phức tạp: 
- Điều tần trực tiếp bằng thạch anh: độ di tần hẹp, chỉ dùng trong phát thoại quốc tế. 
- Sử dụng thạch anh làm bộ dao động: độ di tần hẹp. 
- Ổn định nguồn cung cấp, sử dụng các điện trở bù nhiệt. 
- Hạ thấp tần số trung gian của bộ điều tần để nâng cao độ ổn định tần số. 
- Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC-F: chỉ điều chỉnh thô. 
- Sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh tần số hỗn hợp AFC-F và AFC-P: AFC-F điều 
chỉnh thô, còn AFC-P điều chỉnh tinh đưa 0f →∆ . 
C1 
+VCC 
VΩ 
VR L 
E 
Cng CV1 
C2 
R2 
Lch 
RE R1 
Cng CV2 Lch 
Cng 
C1 
VΩ 
E 
B 
CV1 
C2 Lch 
RE 
C 
CV2 
 Trang 31 
Chương 5: VÒNG GIỮ PHA PLL 
5-1 Những ưu, khuyết điểm của vòng giữ pha PLL 
∗ Ưu điểm: 
- Khả năng làm việc ở tần số cao. 
- Sự độc lập về khả năng chọn lọc và điều hưởng tần số trung tâm. 
- Những linh kiện bên ngoài ít. 
- Dễ dàng trong việc điều hưởng 
∗ Khuyết điểm: 
- Sự thiếu thốn thông tin về biên độ tín hiệu. 
- Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại khó. 
5-2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của PLL 
∗ Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai sót về tần số giữa 
tín hiệu vào và tín hiệu ra, nghĩa là PLL làm cho tần số ra 0ω của tín hiệu song song 
bám theo tần số vào iω của tín hiệu vào. 
∗ Khi tín hiệu vào đã lọt vào dải bắt của PLL, thì tần số f0 của VCO sẽ bàm theo tần số 
vào iω . 
5-3 Một số ứng dụng của PLL. 
- Tách sóng tín hiệu điều tần. 
- Tách sóng tín hiệu điều biên. 
- Tổng hợp tần số. 
Bộ so 
pha LTT 
VCO 
KĐ 
Sơ đồ khối của PLL 
Vp(t) Vd(t) 
Vi(t) = Visinωit 
Vo(t) = Vocos(ωot + ϕ) 
 Trang 32 
- Nhân tần số bằng “khóa hài” PLL. 
- Điều chế tần số (FSK) và điều chế pha (PSK). 
- Đồng bộ tần số. 
- Bộ lọc bám theo thông dải hoặc lọc chặn. 
 Trang 33 
Chương 6: MÁY PHÁT 
6-1 Định nghĩa và phân loại máy phát 
Một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy phát: 
- Công suất ra của máy phát. 
- Độ ổn định tần số: 73
0
1010
f
f −− ÷=∆ 
- Chỉ số điều chế AM (m), chỉ số điều tần FM (mf) 
- Dải tần số điều chế. 
6-2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát 
- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên (AM). 
- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB). 
- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều tần (FM). 
- Sơ đồ khối tổng quát của máy phát FM stereo. 
6-3 Các mạch ghép trong máy phát 

 Yêu cầu chung đối với các mạch ghép. 
- Phối hợp trở kháng. 
- Đảm bảo dải thông D. 
- Đảm bảo hệ số lọc hài cao. 
- Điều chỉnh mạch ghép. 

 Các loại mạch ghép cơ bản. 
- Ghép biến áp. 
- Ghép hổ cảm. 
- Ghép hai mạch cộng hưởng. 
6-4 Các mạch lọc cơ bản trong máy phát 
 Trang 34 
a- Mạch lọc Γ đơn. 

 Hệ số phẩm chất của mạch vào: 
i
0
i
L
i R
L
R
X
Q
ω
== (1) 

 Hệ số phẩm chất của mạch ra: 
L0
C
L
0 CRX
R
Q ω== (2) 

 Hệ số phẩm chất tương đương của mạch: 
0i
0i
tđ QQ
xQQ
Q
+
= (3) 

 Để truyền đạt công suất lớn nhất và đáp tuyến tần số bằng phẳng nhất ta có 
2
Q
QQQ itđ0i =→= (4) với tần số lọc của mạch: LC
1
0 =ω (5) 
b- Mạch lọc pi đơn. 

 Khi mạch đối xứng C1 = C2 =C. 
C
i
C
L
0i X
R
X
R
QQ === (1) 
với 
2
CL
1
0 =ω (2) 

 Khi mạch bất đối xứng: C1 ≠ C2 ta có. 
Vi 
C 
Ri 
RL 
L 
C1 
Vi 
C2 
Ri 
RL 
L 
 Trang 35 
10tđ
i
1C C
1
Q
RR
X
ω
=
+
= (1) 
20tđ
L
2C C
1
Q
RR
X
ω
=
+
= (2) 
2C1CL XXX += (3) 
với LiRRR = (4) 
0itđ QQQ += (5) 
c- Mạch lọc pi đôi. 
1Q
RQR
X 2
tđ
tđi
1C −
+
= (1) 
R
XX
X 3C1C2C = (2) 
1Q
RQR
X 2
tđ
tđL
3C −
+
= 9 (3) 
LiRRR = (4) 
2C1C1L XXX += (5) 
3C2C2L XXX += (6) 
2
QQ
Q 0itđ
+
= (7) 
C1 
Vi 
C2 
Ri 
RL 
L1 L2 
C3