CHÖÔNG V ÑOÅI TAÀN

1. CHÖÔNG VÑOÅI TAÀN 5.1 Nguyeân lyù ñoåi taàn 5.2 Ñoåi taàn caân baèng 5.3 Ñoåi taàn duøng IC nhaân NE 602

2. fs = f0 + fi fi mf0 nfi BPF X f0 fIF = f0 - fs fs mf0 nfs IF X f0 Hình 5.1 Ñoåi taàn leân ôû Tx - Ñoåi taàn xuoáng ôû Rx 5.1 NGUYEÂN LYÙ ÑOÅI TAÀN Ñoåi taàn laø quaù trình dòch chuyeån tín hieäu ñaõ ñieàu cheá leân cao (Tx) hoaëc xuoáng thaáp (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.

3. 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 n fs. 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,ñoåi taàn xuoáng trung taàn taêng ñoä choïn loïc, ñeå thöïc hieän boä khuyeách ñaïi IF coù ñoä lôïi cao oån ñònh.Trong maùy phaùt truyeàn hình,tín hieäu hình ñaõ ñieàu cheá ôû trung taàn 38MHZ ñöôïc ñoåi taàn leân baêng taàn caàn thieát, loïc vaø khuyeách ñaïi coâng suaát ñöa tôùi anten phaùt. Maùy thu ñoåi taàn coøn goïi laø maùy thu heterodyning. Caùc maùy thu quaûng baù(thu thanh, truyeàn hình) ñoåi taàn 1 laàn. Trong caùc maùy thu thoâng tin ñoåi taàn hai laàn ñeå taàn soá nhieãu cuûa aûnh fIM (fIM =fs +2fIF ). Heä soá nhieãu NF cuûa boä ñoåi taàn lôùn hôn NF cuûa boä khuyeách ñaïi cuøng phaàn töû tích cöïc khoaûng (1,52) laàn do hoaït ñoäng ôû cheá ñoä phi tuyeán. ÔÛ taàn soá cao, ñoåi taàn duøng FET, MOSFET toát hôn BJT, diod.

4. Thoâng soá cô baûn boä ñoåi taàn: -Ñoä hoã daãn ñoåi taàn - Ñoä lôïi ñoåi taàn - Ñieän daãn ñoåi taàn - Ñoä lôïi coâng suaát ñoåi taàn

5. 220 .022 VCC T1 fIF fs L2 C2 15k L1 L3 fIF = 10.7MHz C1 C 2829 fs a) f0 5,6k .022 1k f0 b) 2SK241 i fIF fs c) d) f0 + Vcc V Hình 5.2 Maïch ñoåi taàn duøng ñiod, BJT, FET vaø ñaùp tuyeán i(v).

6. Tín hieäu vaøo vs=Vscosst. Tín hieäu dao ñoäng noäi vo=Vocosot. Ñieàu kieän Vo>> Vs vaø o > s. Hai tín hieäu treân coäng laïi thaønh v=vo +vs = Vocosot + Vscosst. Ñieän aùp toång coäng ñaët vaøo phaàn töû tích cöïc coù ñaëc tính phi tuyeán sau: i=io +av+bv2 +cv3 +dv4 +… i=io + a(Vocosot + Vscosst )+ b(Vocosot + Vscosst )2 +c(Vocosot + Vscosst )3 io -thaønh phaàn moät chieàu a,b,c,d - caùc heä soá. Giaû söû ñaùp tuyeán coù daïng haøm baäc hai ñeå ñôn giaûn phaân tích: bv2 = b(Vo2 cos2 ot+2 Vo Vs cosot+ cosst+ Vs2 cos2 st ). trong ñoù : cos2 ot=1/2[1+ cos2ot], cos2 st =1/2[1+ cos2st ] cosot .cosst =1/2[cos(o- s)t +cos(o + s)t ] Qua boä loïc trung taàn IF chæ coøn thaønh phaàn: iIF =bVoVs cos(o- s)t = bVoVs cosIFt . 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.

7. 5.2 ÑOÅI TAÀN CAÂN BAÈNG(BALANCED MIX) D1 T1 fs DSB i1 s 1F = 0 - s =Vscosst D2 CF i2 V0 >> Vs 0 = V0cos0t 0 > s Drain i1 Q1 Gate 1F = 0 - s DSB T1 T2 Source s =vscosst CF i2 Q2 0 = v0cos0t +VDD Hình 5.3 Ñoåi taàn caân baèng duøng ñiod, FET.

8. 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 v0 taùc ñoäng ñeán 2 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 coäng vôùi ñieän aùp cao taàn v0 ñöa ñeán hai ngoõ cuûa phaàn töû tích cöïc. Neáu . Doøng ra cuoän sô caáp T2 laø ip2 =i1 -i2 =(io +aVGS1 +bV2GS1 ) - (io +aVGS2 +bV2GS2 ). ip2=a(VGS! -VGS2) +b(V2GS1 - V2GS2) = avs +2bvsvo ip2 =aVs cosst +2bVo Vs cosot.cosst . Trong ñoù cosot + cosst =1/2 [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 coù toå hôïp o 2 s 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 2 boä ñoåi taàn caân baèng duøng chung taûi, cho pheùp trieät tieâu caùc thaønh phaàn toå hôïp phaùch leû o 3 s; 2o 3 s; 2o s; khöû taïp aâm cuûa nguoàn dao ñoäng noäi:

9. 1 3 To BPF s=Vscosst 4 2 0=V0cos0t Hình 5.4 Ñoåi taàn caân baèng voøng. Ngoõ ra chæ coù 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. 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).

10. D1 s s To selective filter circuit D2 RFC 0 RFC s To selective filter circuit a) b) Hình 5.5 Caùc daïng ñoåi taàn khaùc. 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, chaát löôïng khoâng cao. Doøng phaân cöïc Ic khoaûng 1 ma; 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 khuyeách ñaïi lôùn. MOSFET thöôøng ñöôïc duøng ôû VHF, UHF cho ñoä caùch ly cao giöõa 2 nguoàn tín hieäu.

11. vs VDD v0 Hình 5.6 Ñoåi taàn duøng MOSFET – 2 cöïc coång. Caùc maùy thu thoâng tin ñoåi taàn 2 laàn ñeå loaïi taàn soá nhieãu aûnh. fs IF1 Mix2 IF2 Dem Mix1 f01 f02 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; fIF =455 KHz ôû thoâng tin soùng ngaén SSB fIF1 =2MHz; fIF2=200 KHz. Trong ñieän thoaïi di ñoäng teá baøo fIF1 =255MHz; fIF2=45MHz. 1 2

12. +6v R1 C1 8 Volt C2 1 Reg 49MHz f0 59,7 MHz 7 2 Local C5 6 L1 osc C3 C4 C6 3 C7 fIF 5 4 x NOT Used 10,7 MHz R2 NE 602 CF Hình 5.8 Ñoåi taàn duøng IC nhaân NE 602 5.3 ÑOÅI TAÀN DUØNG IC NHAÂN NE 602 NE 602 coù hai boä troän caân baèng, duøng nguoàn (4,58)V. Taàn soá hoaït ñoäng tôùi 500MHz, trong khi IC nhaân LM 1496 hay CA 3028 chæ döôùi 120 MHz. Maïch dao ñoäng noäi tôùi 200MHz. Heä soá nhieãu NF< 5dB NE 602 duøng nhieàu trong ñieän thoaïi voâ tuyeán, maùy thu AM.

13. +Vcc + +6v 220µ 100 1 fIF=455 KHz .1 8 A NE602 4 .01 2 6 7 100k 5 100 100 .01 CV Hình 5.9 Maùy thu AM ñoåi taàn tröïc tieáp duøng IC NE 602.

14. fc=f0+fs 3SK60 To RF power Amp s 0 VDD RFC VTVN Toång hôïp taàn soá Hình 5.10 Ñoåi taàn ôû maùy phaùt VHF duøng MOSFET. fs = fc + fIFTV fIFTV fs BPF SAW BPF X X 38MHz fIFTV 38MHz fC f0 Hình 5.11 Ñoåi taàn leân ôû maùy phaùt truyeàn hình vaø ñoåi taàn xuoáng ôû TV.