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

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
2
3
t
V
AM
m < 1

và tín hiệu điều biên V
AM
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

như hình 1-2,a. Khi m=1 thì
2
V
V
0
AM
=
Nếu ta điều chế
một dãi âm tần (Ω
min
÷Ω
max

) 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
2R
L
ω
0
- Ω ω
0
+ Ωω
0

Ω
min
Ω

Ω
2
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

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

2
1
2
m
1P
2
mP
P
P
k
2
2
2
AM
bt
0
0
+
=








+
==
ω

2
2
I
(
ω
t
±
n
ω
s)
(n ≥ 2) là biên độ các thành phần dòng điện ứng với hài bậc cao của
tín hiệu điều chế;
I
(
ω
t
±

ω
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.

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

Trong đó:
m
0
– hệ số điều chế lớn nhất;
m – hệ số điều chế tại tần số đang xét;
Méo tần số xuất hiện chủ yếu trong các tầng khuyếch đại âm tần (khuyếch
đại tín hiệu điều chế), nhưng cũng có thể xuất hiện trong các tầng điều chế và sau
điều chế, khi mạch lọc đầu ra của các tầng này không đảm bảo băng thông cho 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

u
D
2
+ a
3
u
D
3
+… (1.18)
với u
D
= E
D
+ U
0
cos
0
t + U
Ω
cos
Ω
t
Thay u
D
vào biểu thức (1.18), nhận được:
I
D
= a
1
(E

cosω
Ω
t)
3
+… (1.19)
Khai triển (1.18) và bỏ qua các số hạng bậc cao n ≥ 4 sẽ có kết quả
mà phổ của nó được biểu diễn trên hình 1.6. Phổ của tín hiệu ra trong trường
hợp này gồm thành phần phổ mong muốn. Các thành phần phụ bằng không
khí.
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.
ω
0
Hình 1.6 Phổ của tín hiệu điều biên khi mạch làm việc ở chế độ A
ω
Ω
2ω

0
+ ω
Ω
2ω
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

Chọn điểm làm việc ban đầu trong khu tắc của diode (ứng với chế độ
C)
Vì dòng qua diode là một dãy xung hình sin (hình 1-7b), nên có thể biểu diễn
i
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

...................................
ttdcosi
2
I
tdi
1
I
0
00Dn
0
00D1
0
D0













ωω
π
=
ωω

khi u
D ≤
0
I
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).

θ
U
tcosUE
cos
0
ω+
−=θ
ΩΩ
(1.28)
tcos2sin
2
1SU
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,

tcosEUu
0
0
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)

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
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

+V
2
)=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

0
2a
2
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

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
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
biên biểu diễn trên hình 1-10.
Gọi phần điện ra của mạch điều chế cân bằng gồm D
1
, D

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
+a
3
u
3

, được xác đònh như sau:
1.38
C
C
D
1
D
2
i
1
i
2
U
đb
U
Ω
U
0
U
Ω
U
0
- U
CC

+
U
đb
a)
b)

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
cosω
Ω
t
Thay (1.38), (1.39) vào (1-37b) ta được:
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
4
U
đb
U
Ω
C

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
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 θ = 90
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
công suất đỉnh:
P
TB
= P
ω
o

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
gây ra người ta áp dụng điều chế Collector phụ được thực hiện ở Collector
của tầng trước đó.
Ta có thể thực hiện điều chế cân bằng không có mạch lọc đầu ra
dùng Transistor (hình 1-14). Ưu điểm của nó là méo phi tuyến nhỏ, biên độ
điều biên ở đầu ra lớn.
VI. VÍ DỤ MINH HỌA:

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
AM
(t) = 0.005 [cos (2π*10
6
) *t]*[ 1+ 2 cos(2π*10
4
) *t].

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.

Giải:
- Hệ số điều chế m: m =
7.0
10
7
V

) 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
) t]
- Mô phỏng dạng tín hiệu điều chế:
0 0.5 1 1.5 2
x 10
-4
-20

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
gấp đôi.
(2) Hiệu suất rất cao đối với điều chế AM:
P
hữu ích
= P
bt

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
Hình 2-1:Phổ của SSB
>>
(4) Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f
0
có thể bò suy
giảm. Đối với máy thu AM có lúc m > 1 sẽ gây méo do quá điều chế. Nếu pha

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
U
U
=m