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)
I. 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 Ω
min
÷Ω
max
, ta
có:
V
Ω

= V
Ω
.cosΩt (1.1)




Ω+=
ωΩ+=
Ω
Ω
Trong đó:
0
V
V
m
Ω
=
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 m
max
= 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảo thu tín hiệu không bò méo. Ta xác
đònh “m” trong thực tế bằng cách đo các giá trò V
max
, V
min
và áp dụng công thức:
( )
4.1
VV
VV
2

= 0.
Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta có:
( ) ( ) ( )
5.1tcos
2
mV
tcos
2
mV
tcosVV
0
0
0
0
00AM
Ω−ω+Ω+ω+ω=
V
0
t
0
t
V
Ω
0
0 5 10 15 20
-3
-2
-1
0
1

AM
m > 1
Hình 1.1 Dạng tín hiệu V
Ω
, V
0
và tín hiệu điều biên V
AM
ω
0

ω
0

Như vậy khi điều
chế đơn âm phổ của tín
hiệu điều biên AM có ba
thành phần: Tải tin có tần
số ω
0
và có biên độ V
0
; hai
dao động biên có tần số ω
0
± Ω và có biên độ
2
mV
0


+ Ω
max
) và biên tần
dưới có tần số từ (ω
0
-
Ω
max
) đến (ω
0
+ Ω
min
) đối
xứng qua tải tin.
Thực chất phổ của các dao động hai biên không đồng điều nhau mà càng xa
ω
0
thì biên độ càng giảm do đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởng không phải là hình
chữ nhật lý tưởng.
II. 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.
• Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tải tin:
P
ωo
= (1.6)
V
2
0

+ Ω
max
ω
0

ω
0
- Ω
min
ω
0
+ Ω
min
0
0
0
Hình 1-2 Phổ của rín hiệu AM
V
AM
V
Ω
2
mV
0
V
0
• Công suất biên tần:
( ) ( )
( )
( ) ( )




==
Khi điều chế sâu (100%): m = 1 thì
2
P
P
0
bt
ω
=
(1.9)
• Từ (1.3) ta có: V
Ammax
= V
0
(1+m)
Do đó:
( )
( )
2
L
2
2
0
maxAM
m1P
R2
m1V




+=+=+=
ωωωω
Nếu m = 1 thì P
AM
= 3/2 P
ω
o
(1.13)
⇒ P
bt
= 1/3 P
AM
(1.14)
•Hệ số lợi dụng công suất:
( )
15.1
1m
2
1
2
m
1P
2
mP
P
P
k

= 20logM (1.17)
Trong thực tế để tín hiệu không méo m = 0,7 ÷ 0,8 thì
3
1
k <
. Đây chính là
nhược điểm của tín hiệu AM so với tín hiệu điều biên (SSB).
III. Các chỉ tiêu cơ bản của dao động đã điều biên:
1. Hệ số méo phi tuyến:
Trong đó:
( ) ( )
( )
Ωω±ω
ω±ωω±ω
++
=
ΩΩ
0
00
I
....II
k
2
3
2
2
I
(
ω
t

t
± 2ω
s
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 tónh. Lúc đó buộc phải giảm độ sâu
điều chế.

M = Hoặc M
dB
= 20logM (1.17)
A
B
C
U
Ω
I
0
Hình 1-3: Đặc tuyến điều chế tónh.
A–Giá trò cực đại; B–Tải tin chưa điều chế
2. 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(F
s
)
Us = const

Hệ số méo tần số được xác đònh theo biểu thức:


-
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(θ = 180
0
) hoặc phân tích theo chuỗi Fourier
khi mạch làm việc ở chế độ mà góc cắt θ < 180
0
(chế độ lớp AB, B, C). phương
pháp tính toán cho hai trường hợp đó như sau:
a). Trường hợp 1: θ = 180
0
.
Giả thiết mạch điều biên dùng Diode (hình 1-5). Nếu các tín hiệu vào
thỏa mãn điều kiện V
0
 + V
Ω
 < E (2.18)
thì mạch làm việc ở chế độ A (θ = 180
0
) Hàm số đặt trưng cho phần tử phi
tuyến (diode) xung quanh điểm làm việc được biểu diễn theo chuỗi Taylor:
i
D
= a
1
u
D
+ a

(E

+ U
0
cosω
0
t + U
Ω
cosω
Ω
t) + a
2
(E + U
0
cosω
0
t + U
Ω
cosω
Ω
t)
2
+ +
a
3
(E + U
0
cosω
0
t + U

= (1.20)
Su
D
khi u
D
>0
+ E
0
-
khi u
D ≤
0
I
D
= (1.20)
Su
D
khi u
D
>0
ω
0
Hình 1.6 Phổ của tín hiệu điều biên khi mạch làm việc ở chế độ A
ω
Ω
2ω
Ω
3ω
Ω
ω

0
+ 2ω
Ω
2ω
0
- ω
Ω
2ω
0
- 2ω
Ω
ω
t
i
D
i
D
U
D
0
E
0
0
t
U
D
0
Hình 1.5 Điều biên ở chế độ A
a) Mạch điện dùng Diode; b) Đặt tuyến của Diode
ω

D
theo chuỗi Fourier như sau:
I
D
= I
0
+ i
1
+ i
2
+…+ i
n
+…= I
o
+ I
1
cosω
0
t + I
2
cos2ω
0
t +..+ I
n
cosnω
0
t (1.21)
Trong đó:
I
0

tdi
1
I
0
00Dn
0
00D1
0
D0













ωω
π
=
ωω
π
=
ω
π

D
= (1.20)
Su
D
khi u
D
>0
0 = S(E + U
Ω
cosω
Ω
t + U
0
cosθ) (1.24)
Lấy (2-22) trừ (2-23) ta có :
i
D
= SU
0
(cosω
0
t - cosθ) (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 θ).
Biên độ thành phần cơ bản I
1
(thành phần hữu ích):


0
ω+
−=θ
ΩΩ
(1.28)
tcos2sin
2
1
SU
i
t
t
1
ω






θ−θ
π
=
(1.27)
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
0
00
.ω−ω+ω+ω+ω=
Ω
Ω
Ω
Ω
đb
t
Hình 1.6: Điều biên ở chế độ lớp C (tín hiệu vào lớn)
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
U
Ω
(t)
θ
a)
D

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
Ω
E
U
0
K
U
đb
U
Ω 3
U
Ω 2
U
Ω 1
U
0
b)
a)
Hình 1-7: Điều biên dùng mạch nhân tương tự
a) Mạch điện; b) Đặc tuyến truyền đạt
• 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) = a

0
+a
1
V
1
+a
1
V
2
+a
2
V
1
2
+
a
2
V
2
2
+2a
2
V
1
V
2
+a
3
V
1

V
1
V
2
là thành phần hai dải biên trên (ω
0
+ Ω) và biên dưới (ω
0
- Ω)
• Nếu ta dùng mạch
lọc có tần số cộng
hưởng: ω
CH
= ω
0
như ở hình 1-9 và dải
thông có bề rộng D
= 2Ω, ta sẽ lọc được
hai thành phần trên
và có tín hiệu điều
biên thông thường.
• Nhưng các số hạng 3a
3
V
1
V
2
2
sẽ gồm hai thành phần tần số ω
0

D
L R
V
Ωo
V
ωo
Hình 1-8 Điều biên một vế
- Khử méo bằng cách cải tiến mạch, thực hiện điều chế cân bằng như sau:
Trong hình 1-9a, điện áp đặt trên D
1
và D
2
lần lược là:
u
1
= U
Ω
cosω
Ω
t + U
0
cosω
0
t
u
2
= - U
Ω
cosω
Ω

1
u
2
+ a
2
u
2
2
+ a
3
u
2
3
+…
Dòng điện ra: i = i
1
-i
2
(1.34)
Thay (2-32), (2-33) vào (2-34) ta có:
i = Acosω
Ω
t+ Bcos3ω
Ω
t+ C[cos(ω
0
+ω
Ω
)t+ cos(ω
0

U
Ω
3
)
C =2a
2
U
Ω
U
0
D=3/2(a
3
U
Ω
U
0
)
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.
(1.32)
(1.33)
1.36
- U
CC

+
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

0
+ω
Ω
)+
cos(2ω
0
-ω
Ω
)t] (1.37a)
I
II
= i
D3
- i
D4
(1.37b)
Trong đó:
i
D3
= a
0
+a
1
u
3
+a
2
u
3
2

là điện áp đặt lên D
3
và D
4
, được xác đònh như sau:
1.38
C
B
C
B
D
1
D
2
i
1
i
2
U
đb
U
Ω
U
0
U
Ω
U
0
- U
CC

0
+ ω
Ω
2ω
0
+ ω
Ω
2ω
0
- ω
Ω
u
3
=-U
0
cosω
0
t-U
Ω
cosω
Ω
t
u
4
=-U
0
cosω
0
t-U
Ω

i
đb
= i
I
+i
II
= 2 C[cos(ω
0
+ω
Ω
)t+ cos(ω
0
-ω
Ω
)t] (1.41)
Vậy dùng mạch điều chế vòng còn có thể khử được các hài bậc lẻ của ω
Ω
và
các biên tần của 2ω
0
, do đó méo phi tuyến rất nhỏ. Phổ tín hiệu ra của mạch điều
chế vòng được biểu diễn trên hình 1-10b.
1.39
D
1
D
2
D
3
D

tải tin là dãy xung hình
chữ nhật. Tùy thuộc vào
sự thay đổi của tải tin, lúc
thì D
1
, D
2
mở , lúc thì D
3
và D
4
mở, cặp diode còn
lại ngắt làm cho tín hiệu
vào u
Ω
thay đổi cực tính
theo nhòp của u
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 (ξ= 0,85 ÷0,95ξ

t
t
Hình 1-11: Minh họa tác dụng của
mạch điều chế vòng như một mạch
nhân
0
0
0
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
ω
o
+ V
Ω
< V
Cemax
= BV
CEO
(1.43)
Trong đó :
- V
ω
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

δ
(1.45)
δ : hệ số biến thiên 0 ≤ δ ≤ 0,25
V
ωo
V
CC
Tới tầng trước
Tới bộ KĐCS âm tần
V
Ω
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
xuất hiện bởi điều chế quá mức khi tín hiệu lớn. Để tránh méo phi tuyến

0
= 2*0.005 =0.01
0
I
C1
V
CC
V
Ω
V
AM
V
R
V
ωo
- V
AM
+
Hình 1-13: Đặc tuyến
điều chế Collevtor
Hình 1-14:ĐBCB
Transistor
⇒ Tín hiệu điều chế:
V
Ω
= 0.01 cos (2π*10
4
) t
⇒ Tín hiệu đã điều chế:
V

2N39C
LF
HF
AM
Hình 1-15: Bộ điều biên sử dụng Transistor
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x 10
-4
-0.015
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
DC-AM,m>1
Có tín hiệu tải tin: V
0
(t) = 10 cos (2π *10
6
) t
Và tín hiệu điều chế: V
Ω

(t) =7 cos (π*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.



3. Hãy tìm biểu thức của tín hiệu điều biên và vẽ dạng tín hiệu điều biên đó với tín
hiệu tải tin: V
0
(t) = 5 cos (2π*1.7*10
6
) t.
Và tín hiệu điều chế: V
Ω
(t) = 5 cos (2π*5*10
4
) t.
Giải:
- Biểu thức của tín hiệu điều chế:
Ta có: m=
1
5
5
V
V
0
==
Ω

Do đó: V
AM
(t) = 5 cos(2π*1.7*10
6
) t*[ 1+ 1cos(2π*5*10
4

-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
SSB
<1/2D
AM
Bởi vậy trong cùng một dải
tần số thì số đài có thể bố trí tăng

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
>>
0
f
0
f
0
f

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
Ω
.
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
đb
(t) = U
0
2
m
cos (ω
0
+ω
Ω
) (2-1)
0
Ω