HọC VIệN Kỹ THuậT QUÂN Sự
Bộ MÔN Cơ Sở Kỹ THUậT VÔ TUYếN - KHOA Vô TUYến ĐIệN Tử

Ths. Nguyễn Duy chuyên (chủ biên)
Pgs . ts trơng văn cập - ts. trần hữu vỵ - Ts. nguyễn huy hoàng

Kỹ thuật mạch điện tử
( Phần hai - Dùng cho chuyên ngành thông tin v tỏc chin in t)

Hà nội - 2008


Mục lục
Trang
Lời nói đầu................................................................................................................. 7
Chơng 1 Sơ đồ khối tổng quát, chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu
của các thiết bị thu phát ............................................................................... 9
1.1. Sơ đồ Chức năng, chỉ tiêu chất lợng của máy phát........................................ 9
1. Sơ đồ chức năng và các phần cơ bản của máy phát......................................... 9
2. Các chỉ tiêu kỹ thật của máy phát................................................................... 11
1.2. Sơ đồ Chức năng, chỉ tiêu chất lợng của máy thu........................................ 13
1. Sơ đồ chức năng và các phần cơ bản của máy thu......................................... 13
2. Chỉ tiêu chất lợng của máy thu ..................................................................... 15
Chơng 2 Tạp âm .................................................................................................. 18
2.1. Khái niệm về tạp âm......................................................................................... 18
2.2. Các đặc trng thống kê của tạp âm ................................................................. 19
1. Giá trị trung bình của điện áp tạp âm ............................................................ 19
2. Mật độ phân bố xác suất .................................................................................. 20
3. Giá trị trung bình của bình phơng điện áp tạp âm ..................................... 20
4. Phơng sai của điện áp tạp âm ........................................................................ 21
5. Hàm tự tơng quan của điện áp tạp âm ......................................................... 21

2. Độ chọn lọc nhiều tín hiệu................................................................................ 56
3.3. Mạch vào ........................................................................................................... 62
1. Mạch vào có một mạch dao động trong hệ thống chọn lọc .......................... 64
2. Mạch vào có nhiều mạch cộng hởng trong hệ thống chọn lọc.................... 69
3.4. Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại Trong tuyến tần số tín hiệu. ................ 72
1. Bộ khuyếch đại katốt chung ............................................................................ 72
2. Sơ đồ dùng đèn ba cực mắc lới chung........................................................... 80
3. Sơ đồ cascode..................................................................................................... 85
3.5. đặc điểm các sơ đồ tuyến tần số tín hiệu dùng transistor lỡng cực ............. 87
1. Bộ khuếch đại mắc emitor chung.................................................................... 88
2. Sơ đồ trung hoà hồi tiếp trong......................................................................... 94
3. Bộ khuếch đại bazơ chung ............................................................................... 98
3.6. Bộ khuếch đại sử dụng bán dẫn trờng......................................................... 100
1. Đặc điểm chung............................................................................................... 100
2. Các sơ đồ cơ bản ............................................................................................. 101
Chơng 4 Các bộ khuếch đại cao tần có tạp âm nhỏ ................ 104
4.1. Bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy ................................................................ 104
1. Cấu trúc và nguyên tắc công tắc ................................................................... 105
2. Tạo nhóm điện tử trong trờng sóng chạy ................................................... 106
3. Các chỉ tiêu chất lợng của bộ khuếch đại cao tần dùng đèn sóng chạy. .. 108
4.2. Nguyên lý mạch hai cực khuếch đại.............................................................. 114
1. Sơ đồ tơng đơng của mạng 2 cực khuếch đại. .......................................... 115
2. Mạng hai cực khuếch đại theo kiểu - phản xạ - mắc song song.................. 119
4.3. Bộ khuếch đại cao tần dùng điốt tunel ......................................................... 119
1. Đặc tuyến vôn - ampe của điốt tunel............................................................. 119
2. Các chỉ tiêu chất lợng của bộ KĐCT dùng điốt tunel ............................... 122
3. Sơ đồ cấu trúc điện của bộ KĐCT dùng điốt tunel ở dải sóng centimet.... 126
4.4. Bộ khuếch đại tham số .................................................................................... 127
1. Nguyên lí khuếch đại tham số........................................................................ 128
2. Quan hệ năng lợng trong bộ khuếch đại tham số và phân loại các bộ

1. Khoá dịch biên : (ASK) .................................................................................. 189
2. Điều chế khoá dịch tần (FSK)........................................................................ 192
3. Điều chế khoá dịch pha (PSK)....................................................................... 195
4. Điều chế biên độ cầu phơng (QAM) ........................................................... 198
6.2 Giải điều chế số ................................................................................................. 200
1. Giải điều chế ASK. ......................................................................................... 200
2. Giải điều chế FSK ........................................................................................... 201
3. Giải điều chế PSK ........................................................................................... 202
Chơng 7 Tầng khuếch đại ra và tiền khuếch đại của máy
phát ........................................................................................................................... 204
7.1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại...................................................................... 204
1. Khái niệm chung............................................................................................. 204
2. Các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật đối với tầng ra .......................................... 204
3. Phân loại tầng ra của máy phát..................................................................... 206
7.2. Mạch Anten của tầng ra.................................................................................. 207
1. Những vấn đề chung ....................................................................................... 207
2. Dạng tổng quát của mạch Anten ................................................................... 208
3. Thiết bị đối xứng ............................................................................................. 210
7.3. Sơ đồ thực tế của tầng ra................................................................................ 211
1. Tầng ra có tải cộng hởng.............................................................................. 211
2. Điều chỉnh tầng ra có tải cộng hởng . ......................................................... 212
3. Sơ đồ tầng ra dải rộng .................................................................................... 214
7.4. Cộng công suất cao tần.................................................................................... 216
1. Vai trò của cộng công suất ............................................................................. 216
2. Các yêu cầu đối với thiết bị cộng công suất.................................................. 217
3. Các phơng pháp cộng công suất cao tần .................................................... 217
4. Phơng pháp cộng công suất bằng thiết bị cầu............................................ 219
Chơng 8 Điều chỉnh bằng tay và tự động trong máy thu ... 221
8.1 Điều chỉnh khuếch đại...................................................................................... 222


Cuốn sách này là phần thứ hai của giáo trình môn học Kỹ thuật mạch điện
tử cho chuyên ngành thông tin, tác chiến điện tử. Nó là tài liệu tham khảo cho
các chuyên ngành đào tạo khác của Khoa Vô tuyến điện tử - Học viện kỹ thuật
quân sự.
Nội dung các chơng nhằm phục vụ cho giảng dạy các môn kỹ thuật chuyên
ngành đợc thuận lợi, làm tài liệu giúp cho các học viên khi làm đồ án tốt nghiệp,
và làm tài liệu tham khảo có ích cho các cán bộ khi khai thác, thiết kế thiết bị thu
- phát.
Tham gia biên soạn là các giảng viên nhóm Kỹ Thuật Mạch: Ths. Nguyễn
Duy Chuyên phụ trách các chơng 1, 4, 5, 6, 8. PGS TS. Trơng Văn Cập phụ
trách chơng 7. TS. Trần Hữu Vỵ phụ trách chơng 2. TS. Nguyễn Huy Hoàng
phụ trách chơng 3.
Trong thời gian biên soạn, chúng tôi đã nhận đợc sự đóng góp của nhiều
đồng nghiệp - Chúng tôi xin cảm ơn sự đóng góp.
Trong lần xuất bản đầu, chắc chắn sẽ có nhiều sai xót và hạn chế. Chúng tôI
mong tiếp tục nhận đợc sự đóng góp của các đồng chí để hoàn thiện cho lần táI
bản sau.

Nhóm tác giả

7


8


Chơng 1
sơ đồ khối tổng quát, chỉ tiêu kỹ thuật
chủ yếu của các thiết bị thu phát
Thiết bị thu phát là phần quan trọng, không thể thiếu trong các thiết bị viễn

đảm bảo yêu cầu cao về độ chính xác và ổn định của tần số máy phát.

Hình 1 - 1: Sơ đồ khối thiết bị phát.
- Bộ tổng hợp tần số tạo mạng tần số cần thiết cho máy phát từ tần số của
các mạch dao động chuẩn. Hiện nay đa số các bộ tổ hợp tần số của máy phát nói
riêng hay thiết bị thông tin nói chung đều sử dụng sơ đồ có vòng giữ pha (PLL)
kép. Với các bộ tổng hợp tần số hiện nay có thể tạo mạng tần số công tác theo ý
muốn với độ ổn định rất cao.
- Sau bộ tổng hợp tần số là bộ khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại đủ
lớn. Nhờ vậy, các bộ tạo dao động chuẩn, bộ tổ hợp tần số không cần công suất
lớn. Điều này đảm bảo cho các bộ tạo dao động chuẩn và tổng hợp tần số đạt
đợc yêu cầu cao về độ ổn định tần số và các yêu cầu khác.
- Bộ khuếch đại trung gian còn có chức năng ngăn cách ảnh hởng các tầng
khuếch đại công suất và các thiết bị điều chỉnh trong tầng ra tới các mạch tổng
hợp tần số, tạo tần số chuẩn.
Các bộ khuếch đại công suất dao động cao tần có hệ số khuếch đại công
suất đủ lớn để công suất ra đạt đến mức xác định theo yêu cầu của hệ thống viễn
thông.

10


Mạch ra dùng để truyền dao động cao tần đã đợc khuếch đại ra anten, lọc
dao động cao tần và phối hợp mạch ra của tầng khuếch đại công suất với anten,
nghĩa là đảm bảo truyền công suất tín hiệu ra anten với hiệu suất cao nhất.
Bộ điều chế dùng để điều chế dao động cao tần máy phát bằng các tín hiệu
tin tức cần truyền
2. Các chỉ tiêu kỹ thật của máy phát :
* Các chỉ tiêu kỹ thật của cơ bản máy phát :
- Dải tần công tác và độ ổn định tần số công tác

thuộc vào điện cảm, điện dung và mức độ nhỏ hơn vào tiêu hao của mạch cộng
hởng. Ba tham số này không chỉ do bản thân mạch dao động tạo nên mà còn
phải tính đến các ảnh hởng của các phần tử mạch ngoài ảnh hởng tới. Nhiệt độ
và các tham số khác (độ ẩm, áp suất) của môi trờng xung quanh ảnh hởng đến
giá trị điện cảm, điện dung và dẫn đến thay đổi tần số riêng của mạch dao động.
Sự thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho các phần tử tích cực cũng làm thay
đổi điện dung giữa các cực, điện dung giữa các mặt ghép, hay nói tổng quát là các
trở kháng của dụng cụ điện tử đợc sử dụng trong mạch.
Tất cảc các nguyên nhân dẫn đến ảnh hởng đến giảm độ ổn định tần số của
bộ dao động chuẩn cần phải đợc khắc phục và loại trừ. Để tạo tần số ổn định
cao, trong bản thân mạch dao động ngời ta sử dụng các linh kiện có chất lợng
cao, dùng tầng đệm cách ly bộ dao động chuẩn với các tầng khác, điện áp cung
cấp cũng đợc ổn định. Bản thân mạch dao động và toàn thiết bị đợc bảo ôn và
chống rung xóc.
Với các yêu cầu nâng cao độ ổn định số ngời ta dùng thạch anh làm hệ
thống cộng hởng và cùng với việc tạo mạng tần số, ngời ta sử dụng các hệ
thống mạch vòng giữ pha (PLL) trong các bộ tổ hợp tần số. Hiện nay đó là giải
pháp duy nhất để đảm bảo độ ổn định tần số công tác cao trong dải tần công tác
rộng.
Độ ổn định tần số thờng đợc đánh giá theo sai số tơng đối giữa tần số
thực tế và tần số danh định.
f f dd f
=
f dd
f dd

Các thiết bị hiện nay có thể đảm bảo giá trị sai số nhỏ hơn 10-5. Cũng có thể
đánh giá theo giá trị sai số tuyệt đối tần số trong khoảng thời gian qui định nào
đó. Ví dụ sau khi mở máy 30 phút sai số là 100 Hz; sau 2 giờ là 150 Hz.
Công suất của máy phát thờng xác định là công suất dao động cao tần cực

yêu cầu kích thớc, độ chống ẩm và chống rung xóc. Khi thiết kế điện và thiết kế
kết cấu ta phải giải quyết các phơng án tốt nhất theo các yêu cầu trên.
1.2. sơ đồ Chức năng, chỉ tiêu chất lợng của máy thu

1. Sơ đồ chức năng và các phần cơ bản của máy thu.
Máy thu cần phải bao gồm các khâu để thực hiện các quá trình sau:
- Tách từ tất cả tập hợp dao động điện nhận đợc trên anten thu do các
trờng điện từ bên ngoài không gian cảm ứng vào, lấy ra tín hiệu cần thu từ máy
phát (nguồn phát) tín hiệu cần nhận truyền tới.
- Khuếch đại tín hiệu cao tần
- Giải điều chế (tách sóng), nghĩa là biến đổi điện áp cao tần đợc điều chế
bởi tin tức thành điện áp thay đổi theo quy luật điều chế.
- Khuếch đại tín hiệu sau tách sóng .

13


Hiện nay, sơ đồ khối của máy thu theo nguyên tác biến tần (một lần hoặc hai lần)
là phổ biến và khi phân tích sơ đồ máy thu, chúng ta dựa trên sơ đồ này
(hình 1 - 2).
Mạch vào ghép anten với máy thu và sơ bộ tách tín hiệu có tần số cần nhận.
Thiết bị vào gồm các hệ thống mạch dao động cộng hởng điều chỉnh ở tần số
cần nhận ( f th ) hoặc bộ lọc dải tần xác định.

Hình1 - 2 Sơ đồ khối máy thu đổi tần
Bộ khuếch đại cao tần dùng để khuếch đại tín hiệu trong dải tần công tác
của máy thu. Các bộ khuếch đại cao tần đa số là các bộ khuếch đại cộng hởng
hoặc bộ khuếch đại dải. Nhờ hệ thống cộng hởng đợc sử dụng trong các bộ
khuếch đại cao tần và trong mạch vào đảm bảo cho máy thu thực hiện đợc
nhiệm vụ suy giảm các loại nhiễu ngoài dải tần số tín hiệu, đặc biệt là nhiễu có

2. Chỉ tiêu chất lợng của máy thu :
Tính chất của máy thu đợc đặc trng bằng một loạt các chỉ tiêu và cũng
nh máy phát nó phụ thuộc vào các công dụng, và cấp của máy thu. Dới đây ta
phân tích các chỉ tiêu chủ yếu của máy thu:
- Độ nhạy: Độ nhạy của máy thu đợc xác định bằng giá trị nhỏ nhất của
sức điện động hay công suất của tín hiệu cần thu trên anten để thiết bị cuối máy
thu làm việc bình thờng (với độ tin cậy và sai số cho phép).

15


Do điều kiện tác động nhiễu ngoài máy thu có mức độ rất khác nhau: (tuỳ
thuộc vào thời gian, vào dải tần công tác.), nên khi xác định độ nhạy máy thu
ngời ta chỉ xác định ảnh hởng do tạp âm nội bộ gây ra.
- Dải tần công tác: Dải tần công tác của máy thu cũng giống nh của máy
phát. Nó đợc xác định theo dải tần số làm việc của máy thu mà các chỉ tiêu chất
lợng chỉ thay đổi trong giới hạn cho phép. Đôi khi trong một số điện đài dải tần
công tác của máy thu khác với dải tần công tác của máy phát. Trong các máy thu
chuyên dụng, dải tần công tác cũng đợc phân thành các băng tần theo những
nguyên tắc để đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật đợc đồng đều trong toàn bộ dải tần.
Độ chọn lọc : Đánh giá khả năng máy thu làm suy giảm tín hiệu ở tần số
khác với tần số công tác (tần số tín hiệu cần thu).
Khó khăn nhất là làm suy giảm các nhiễu có tần số gần với tần số tín hiệu
cần nhận (nhiễu lân cận). Vì vậy để đánh giá độ chọn lọc của máy thu bao giờ
cũng đa ra độ chọn lọc tần số lân cận. Để thực hiện chọn lọc theo nhiễu lân cận,
ngời ta cũng sử dụng các hệ thống chọn lọc phức tạp và đánh giá qua đặc tuyến
cộng hởng của máy thu.
Trong các máy thu theo sơ đồ biến tần (một lần hoặc nhiều lần) còn xuất
hiện các loại nhiễu có tần số trùng với các tần số trung gian ( f tg ) , đợc gọi là
nhiễu tần số trung gian (trực thông) và các tần số có giá trị f ả = f th f tg , các loại

nguồn điện (nguồn một chiều, xoay chiều): dòng điện khi thu, khi phát; giới hạn
cho phép thay đổi tần số nguồn điện. Với các máy thu chuyên dụng ngời ta còn
có những yêu cầu riêng, phù hợp với mục đích sử dụng.

17


Chơng 2
Tạp âm
2.1 Khái niệm về tạp âm
Trong khi hoạt động các thiết bị điện tử thờng bị các tác động của các tín
hiệu khác ngoài tín hiệu có ích. Những tín hiệu khác ấy ta gọi là tín hiệu nhiễu
(hay đơn giản gọi là nhiễu).
Các tín hiệu nhiễu có thể có nhiều nguồn gốc khác nhau nhng ngời ta
thờng chia ra làm 2 loại: Nhiễu bên ngoài và nhiễu bên trong.
Nhiễu bên ngoài là các loại tín hiệu không có ích từ bên ngoài thiết bị điện
tử đang sử dụng tác động lên nó. Nhiễu bên ngoài có nhiều nguồn gốc khác nhau,
chúng có thể là các bức xạ điện từ trong khí quyển hoặc từ ngoài vũ trụ đa đến.
Cũng có thể là các bức xạ điện từ do hoạt động điện công nghiệp sinh ra. Thậm
chí chúng có thể là bức xạ tín hiệu có ích của các thiết bị phát vô tuyến gây nên
một cách vô tình hay hữu ý.
Nhiễu bên trong là do những xáo động nhiệt điện sinh ra ở trong bản thân
thiết bị của chúng ta đang làm việc. Các xáo động nhiệt điện đó là do sự chuyển
động của các hạt mang điện ngay trong bản thân thiết bị điện tử sinh ra, nh trong
đèn điện tử, bán dẫn, dây dẫn, điện trở... Các hạt này trong điều kiện nhiệt độ
bình thờng, đều chuyển động một cách hỗn loạn theo quy luật ngẫu nhiên.
Sự chuyển động hỗn loạn đó sinh ra các dòng điện dao động mà ta gọi là tạp
âm.
Việc tạp âm có nguồn gốc ngay trong thiết bị khi thiết bị làm việc, nên nó
không thể tránh khỏi, mà chỉ có khắc phục dù ít hoặc nhiều mà thôi.

0
Trong đó:

uta(t) là giá trị tức thời của điện áp tạp âm;
T là khoảng thời gian quan sát hiện thực uta(t) - (hình 2 -1)

U ta ( t )
+

+

+






t

T

Hình 2 - 1

19


Giá trị trung bình của điện áp tạp âm có ý nghĩa vật lý là thành phần một
chiều của điện áp tạp âm. Nó có thể đo đợc bằng vôn kế từ điện.
Khi phân bố chuẩn thì U ta = 0


Giả thiết tạp âm là một quá trình ngẫu nhiên chuẩn, dừng và có tính chất
Egôđich, thì giá trị trung bình bình phơng của điện áp tạp âm.
T

1
U = lim uta2 (t ).dt
T T
0
2
ta

(2.2)

ý nghĩa vật lý của giá trị trung bình của bình phơng điện áp tạp âm là công
suất trung bình toàn phần của tạp âm toả ra trên điện trở 1 đơn vị (1) . Nó có thể
đo bằng dụng cụ đo công suất nhiệt.
2
Về hình học, U ta chính là tổng diện tích gạch sọc trong thời gian T chia

cho chính thời gian đó (hình 2 - 2).

20


uta ( t )
t

U2


trung bình thống kê của tập hợp bằng phép lấy trung bình theo thời gian dài.
T



u (t ).u (t + ).dt
Khi đó: R (t1 , t2 ) = R ( ) = Tlim


(2.5)

0

Giá trị R() phải đo bằng tơng quan kế.

21


2
Khi = 0 thì R ( ) = U ta , sau đó tăng thì R() sẽ giảm dần.

6. Phổ năng lợng của tạp âm W ( ) :
Phổ năng lợng của tạp âm đợc xác định bằng tỷ số giữa giá trị trung bình
của bình phơng điện áp tạp âm chọn một dải tần nào đó U ta2 với trị số của
dải tần đó

U ta2
W ( ) =



Vì tạp âm có phổ rất rộng và có thể coi nh đồng đều ở dải sóng các thiết bị
vô tuyến điện tử làm việc, nên ta giả thiết đó là tạp âm trắng có phổ năng lợng
w ( ) = const = w 0 . Khi truyền tạp âm qua mạng bốn cực có dải thông nhất định

thì phổ tạp âm sẽ bị hạn chế. Ta xét bài toán đó (hình 2 -3).

22


K ()

U tav

U ta ra

Wv () = Wo = const
Hình 2 - 3
Ta hãy tính tạp âm ở đầu ra mạng bốn cực tuyến tính trên, nếu coi nh mạng
không sinh ra tạp âm (nghĩa là chỉ tính phần tạp âm truyền đợc qua mạng bốn
cực).
Phổ năng lợng tạp âm ở đầu ra:

w ra ( ) = w o .K 2 ( )

U

Vậy:

2
tara

(2.10)


2
0

y ( f )df
2

0

Trong đó: K0 là hệ số truyền đạt điện áp cực đại của mạng bốn cực
y( f ) =

K( f )
Đặc tuyến biên độ tần số chuẩn hoá của mạng bốn cực
K0


Ta gọi: Dta =

y ( f ) df
2

là dải tạp âm tơng đơng của mạng bốn cực

0

tuyến tính. Và nó chỉ phụ thuộc vào dạng đặc tuyến biên độ tần số của mạch.
Vậy:

1
1 + (2RCf )

2

=

D0,7
D02, 7 + f

2

(2.13)

D0,7 là dải thông của bộ lọc ở mức 1/ 2 công suất.

Trong đó:
D0 , 7 =

1
2RC

Vậy:


Dta = y ( f )df = D0,7



0

D0 , 7 =

1
4 R0 C

Trong đó R0 là điện trở tơng đơng của mạch LC không tải

24

(2.15)


D0 , 7 =

1
2R0 C

Nói chung Dta tỉ lệ với D0, 7 theo một hệ số B nào đó tuỳ theo dạng đặc
tuyến biên độ tần số mạng bốn cực, số B lớn hơn 1. Đặc tuyến càng gần dạng chữ
nhật B càng gần bằng 1, đặc tuyến cũng khác dạng chữ nhật B càng lớn hơn 1.
Thông thờng ta chọn gần đúng để tính toán: B = 1,1 ữ 1,2 .
2.4. Tạp âm nhiệt của mạch thụ động
ở trên đã đánh giá tạp âm khi truyền qua một mạch điện. Sau đây ta sẽ
nghiên cứu phần tạp âm do các mạch điện sinh ra: nói cách khác là nghiên cứu,
đánh giá tạp âm của bản thân thiết bị.
Mọi thiết bị điện tử đều gồm các mạch thụ động và mạch điện tích cực.
Mạch điện thụ động là các mạch điện không chứa những nguồn năng
lợng. Ví dụ: Những mạch điện chỉ gồm các loại linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn
cảm hợp thành nh khung dao động, các mạch lọc... thì gọi là mạch điện thụ
động.

Trong RC, khi cân bằng nhiệt động học nó có năng lợng trung bình là:

1
A = CU ta2
2

(2.16)

Ta thấy trạng thái năng lợng của mạch chỉ phụ thuộc vào một biến số độc
lập là U ta . Vậy hệ này chỉ có một bậc tự do. Theo quy luật phân bố đều của nhiệt
động học thống kê thì mọi hệ có nhiệt độ T0 không đổi sẽ có năng lợng trung
bình ở một bậc tự do là:

A=

1
kT0
2

(2.17)

Trong đó: k là hằng số Bolzman. (K=1,38.10-23J/độ)
T0 là nhiệt độ tuyệt đối của hệ (0K)
Do đó, cân bằng hai phơng trình ta có:

U ta2 =

kT0
C