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

   
   
3.1tcostcosm1V
tcostcos
V
V
1V
tcostcosVVtV
00
0
0
0
00AM















Trong đó:
0

minmax
minmax
0








Khi m = 1 ta có V
max
= 2V
0
và V
min
= 0.
Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta có:
     
5.1tcos
2
mV
tcos
2
mV
tcosVV
0
0
0

V

0

0 5 10 15 20
-3
-2
-1
0
1
2
3

t
V
AM
m < 1
0 5 10 15 20
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4

t
V

hai dao động biên có tần
số 
0
  và có biên độ
2
mV
0
như hình 1-2,a. Khi
m=1 thì
2
V
V
0
AM


Nếu ta điều chế
một dãi âm tần
(
min

max
) vào tải tin, ta
sẽ có phổ của tín hiệu AM
như hình 1-2,c.
Ta thấy ngoài tải
tin 
0
có biên độ V
0

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.
 Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tải tin:
P
o
= (1.6)
V
2
0

2R
L


0
- 

0
+ 

0


min

max


mV
0

V
0
 Công suất biên tần:
   
 
   
 
8.1
2
m
PPPP
7.1
2
m
P
R2
1
2
mV
PP
2
btbtbt
2
L
2
0
btbt

 
2
L
2
2
0
maxAM
m1P
R2
m1V
P
0




(1.10)
Khi m = 1 thì P
AMmax
= 4P
o
(1.11)
Vậy công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế:
 
12.1
2
m
1P
2
m

1
2
m
1P
2
mP
P
P
k
2
2
2
AM
bt
0
0















2
2

I
(t  ns)
(n  2) là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hài bậc cao
của tín hiệu điều chế;
I
(t  s)
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 tónh (hình 1.3). Đặc
tuyến điều chế tónh cho biết quan hệ
giữa biên độ tín hiệu ra và giá trò tức
thời của tín hiệu điều chế ở đầu vào.
Dạng tổng quát của đặc tuyến
điều chế tónh được biểu diễn trên hình
1-3.
Đường đặc tuyến điều chế tónh lý tưởng là một đường thẳng từ C đến A.
Đặc tuyến điều chế tónh không thẳng sẽ làm cho lượng biến đổi của biên độ dao
động cao tần đầu ra so với giá trò ban đầu (điểm B) không tỷ lệ đường thẳng với
trò tức thời của điện áp điều chế. Do đó trên đầu ra thiết bò 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 
t
 2
s
có thể lọt
vào các biên tần mà không thể lọc được.

phổ của tín hiệu đã điều biên(2F
max
)
IV. 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.
1. 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 trò số biến đổi theo điện
áp đặt vào.

M = Hoặc M
dB
= 20logM (1.17)
m
0

m
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( = 180
0
) hoặc phân tích theo chuỗi Fourier
khi mạch làm việc ở chế độ mà góc cắt  < 180
0
(chế độ lớp AB, B, C). phương
pháp tính toán cho hai trường hợp đó như sau:

với u
D
= E
D
+ U
0
cos
0
t + U

cos

t
Thay u
D
vào biểu thức (1.18), nhận được:
I
D
= a
1
(E

+ U
0
cos
0
t + U

cos


A
3
= a
4
= a
5
= … = a
2n+1
= 0 (n = 1, 2, 3,…)
Nghóa 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, nghóa là phải hạn chế công suất ra. Vì lý do đó, rất ít dùng điều
biên chế độ A.




0
- 



0
- 2



0
- 3


2
0
2
0
+ 


2
0
+ 2




D
0

Hình 1.5 Điều biên ở chế độ A
a) Mạch điện dùng Diode; b) Đặt tuyến của Diode


D
1uF
1k
+
10V
b

a)

+ E
0
-
C
B
D

b) Trường hợp 2:

< 180
0

Khi  < 180
0

cos2
0
t + + I
n
cosn
0
t (1.21)
Trong đó:
I
0
: thành phần dòng điện một chiều;
I
1
: biên độ thành phần dòng điện cơ bản đối với tải tin;
I
2
, I
3
,…,I
n
: biên độ thành phần dòng điện bậc cao (hài bậc cao) đối với tải
tin;
I
0
, I
1
, I
2
,…, I
n


















Theo biểu thức (1.20):
i
D
= Su
D
= S(E + U

cos

t + U

= SU
0
(cos
0
t - cos) (1.25)
Biểu thức (1.25) là một dạng khác của (1.23), nó biểu diễn sự phụ thuộc
của i
D
vào chế độ công tác (góc cắt ).
Biên độ thành phần cơ bản I
1
(thành phần hữu ích):
Do đó trò tức thời của thành phần cơ bản: đây  xác đònh được từ biểu hức (1-24) 

26
1
2
sin
2
1
SU









U
t
cos
U
E
cos
0







(1.28)
t
cos
2
sin
2
1
SU


2. 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 u
db
và điện áp vào u
0
là quan hệ tuyến tính. Tuy nhiên, khi
u

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:
U
đb
= (E + U

cos

t)U
0
cos
0
t
Hoặc















đb
t

Hình 1.6: Điều biên ở chế độ lớp C (tín hiệu vào lớn)
a) Đặc tuyến của Diode, đồ thò thời gian của tín hiệu vào và tín hiệu ra.
b) Mạch điện.
i
D
i
D
0

0

U
D
U
D
0
V. 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. U
đb
U


V
2
+ a
3
V
3
+… (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 V
1
= V
o
và V
2
= V

, cho chúng tác dụng vào phần tử phi tuyến ta
có:
i=f(V
1
+V
2
)=a
0
+a
1
V
1
+a

V
2
+3a
3
V
1
V
2
2
+a
3
V
2
3
+… (1.31)
 Để có tín hiệu điều biên ở ngõ ra, chúng ta cần lấy ra:
a
1
V
1
là thành phần tần số sóng mang (tải tin): 
0

2a
2
V
1
V
2
là thành phần hai dải biên trên (

2
x = ½(1 + cos2x). Do  <<
0
nên các thành phần này cũng đi
qua mạch cộng hưởng và gây ra sự méo điều chế không tuyến tính. Còn
các thành phần khác không đi qua được mạch lọc vì , 2 << 
0
, còn
2
0
, 3
0
>> 
0

 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 a
3
rất nhỏ). Muốn vậy ta phải dùng
FET.

1uH
1k
D
L
R
V
o
V

Dòng điện qua các diode được biểu diễn thành chuỗi Taylor:
i
1
= a
0
+ a
1
u
1
+ a
2
u
1
2
+ a
3
u
1
3
+…
i
2
= a
0
+ a
1
u
2
+ a
2


)+
cos(2
0
-

)t] (1.35)
Trong đó:
A = U

2a
1
+3a
3
U
0
2
+½(a
3
U

2
)
B = ½(a
3
U

3
)
C =2a

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 D
1
, D
2
là i
1
và
dòng điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D
3
, D
4
là i
II
. Theo 1.35:
I
I
= Acos

t+ Bcos3

t+ C[cos(
0
+

)t+ cos(
0
-


2
+a
3
u
3
3
+…
i
D4
= a
0
+a
1
u
4
+a
2
u
4
2
+a
3
u
4
3
+… Với u
3

- U
CC

+
U
đb
a)
b)
0


3


t
+3


0
2
0

t
-3

Hình 1.9: Mạch điều biên cân bằng.
a) Dùng diode; b) Dùng Transistor; phổ tín hiệu ra;

0
- 

t-U

cos

t
Thay (1.38), (1.39) vào (1-37b) ta được:
i
II
=- Acos

t - Bcos3

t+ C[cos(
0
+

)t+ cos(
0
-

)t]- D[cos(2
0
+


1.39
D
1

D
2

D
3

D
4

U
đb
U

C
B
C
B
U
0


0
- 


0

0
.
Tác dụng của mạch điều
chế vòng đúng như một
mạch nhân.

3. 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 (= 0,85 0,95
th
) 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  = 90
0
. Trên hình 1-13 là một mạch
điều biên collector biến đổi theo điện áp âm tần:
V
*
CC
=V
CC
+ V

cost (1.42)


Đối với Transistor, điện áp của Collector không được tăng quá giá trò
an toàn cực đại dù trong thời gian ngắn. Bởi vậy cần phải thỏa mãn điều
kiện:
V
o
+ V

< V
Cemax
= BV
CEO
(1.43)
Trong đó :
- V
o
: điện áp cao tần cực đại ở collector khi m=1;
- BV
CEO
: 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:
P
TB

V
o
V
CC
Tới tầng trước

Tới bộ KĐCS âm tần

V

Ra

L

C

C
1
C
2
C

L
ch
Hình 1-12: Điều biên Collector
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

0
V
V
m


 V

= mV
0
= 2*0.005 =0.01
0
I
C1
V
CC
V


V
AM

V
R
V
o
- V
AM
+
Hình 1-13: Đặc tuyến
2. Cho mạch điều biên collector như hình vẽ.
+V
+12v
100p
10K
TF
2

6
) t
Và tín hiệu điều chế: V

(t) =7 cos (*10
4
) t
Hãy tìm giá trò 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 =
7.0
10
7
V
V
0



- Biểu thức của tín hiệu đã điều chế:
V
AM
(t) = 10 cos (2*10
6
) t *[ 1+ 0.7* cos (2*10
4
) t]
- Mô phỏng dạng tín hiệu đã điều chế:


(t) = 5 cos (2*5*10
4
) t.

Giải:

- Biểu thức của tín hiệu điều chế:
Ta có: m=
1
5
5
V
V
0



Do đó: V
AM
(t) = 5 cos(2*1.7*10
6
) t*[ 1+ 1cos(2*5*10
4
) t]
- Mô phỏng dạng tín hiệu điều chế:
0 0.5 1 1.5 2
x 10
-4
-20

0 2 4 6
x 10
-5
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
DC-AM,m=1
CHƯƠNG 2
ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SSB: single sideband)
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
(1) Độ rộng dải tần giảm một nữa :
D

= 1/9 và k
SSB
=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 P
hữu ích
của máy phát điều biên.

(3) Do D
SSB
 2D
AM
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


Như vậy để máy phát AM và SSB có cùng S/N, ta phải tăng P
AM
lên hai lần
 
AM
N/S2

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.
Ta có tín hiệu điều chế đơn biên sau đây:

Trong đó:
Trong biểu thức (2-1), m không mang ý nghóa về độ sâu điều chế nữa
và gọi là hệ số nén tải tin. Đồ thò 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, nghóa là điều chế đơn biên bao giờ cũng kèm theo điều chế pha. Tải tin bò
nén một phần hoặc bò nén hoàn toàn, do đó vectơ tải tin U
0
có thể nhỏ hơn vectơ
biên tần U

. Trong kỹ thuật truyền hình tín hiệu điều chế video một phần là tín
hiệu điều biên (khi f
s
 0,75MHz), phần còn lại (0,75 MHz  f
S
 5 MHz) là tín
hiệu điều chế đơn biên (hình2-3). Bằng cách đó giảm được dải tần của tín hiệu
điều chế video. Nếu cắt bỏ hoàn toàn một tín hiệu biên tần thì vấn đề lọc dải sẽ
khó khăn, hơn nữa sẽ xuất hiện sai pha.
u