Phân tích bộ lọc Chebyshev
Bộ lọc Chebyshev là một loại bộ lọc tương tự hoặc kỹ thuật số nổi bật với độ dốc lớn hơn so với bộ lọc Butterworth Nó có hai loại, bao gồm gợn sóng thông dải (loại 1) và gợn sóng chắn dải (loại 2), giúp cải thiện hiệu suất lọc trong các ứng dụng khác nhau.
Bộ lọc Chebyshev được thiết kế để giảm thiểu sai số giữa bộ lọc lý tưởng và thực tế trong phạm vi hoạt động của nó, mặc dù vẫn có hiện tượng gợn sóng trong băng thông.
Bộ lọc Chebyshev loại 1 là loại bộ lọc phổ biến nhất trong các bộ lọc Chebyshev Đáp ứng biên độ và khuếch đại của bộ lọc này phụ thuộc vào tần số góc, được xác định bởi tổng giá trị của hàm Hn cho bậc thứ N của bộ lọc thông thấp (LPF).
Mạch lọc Chebyshev thông thấp chủ động Đáp ứng tần số các bộ lọc
Hệ số gợn sóng dải thông là tần số cắt, được xác định bởi đa thức Chebyshev Độ gợn sóng trong thông dải được tính toán dựa trên hệ số gợn sóng, cho phép đánh giá hiệu suất của hệ thống.
Chebyshev luân phiên thay đổi giữa 1 và -1 cho nên độ lợi của hồi tiếp cũng luân phiên giữa max và min
Do đó, hệ số gợn sóng liên quan tới độ gợn sóng trên thông dải tính bằng decibel:
Tại tần số cắt, độ lợi của bộ lọc Chebyshev loại 1 tiếp tục giảm khi tần số tăng, với tần số cắt thường được xác định tại giá trị -3dB Tuy nhiên, đối với bộ lọc Chebyshev, tần số cắt được xác định dựa trên giá trị cuối của lần gợn sóng cuối cùng Bộ lọc này có hệ số gợn sóng là 1, cho phép đáp ứng tần số hiệu quả trong các ứng dụng thông thấp.
Tần số 3db liên quan đến bằng:
Bộ lọc Chebyshev loại 2, thường được gọi là bộ lọc Chebyshev ngược, có đặc điểm là gợn sóng phản hồi mượt mà trong thông dải nhưng không đều trong chắn dải Loại bộ lọc này ít phổ biến hơn so với bộ lọc Chebyshev loại 1 do phản hồi chậm hơn và yêu cầu nhiều linh kiện hơn.
- Trong dải dừng, đa thức
Chebyshev giao động giữa -1 và 1 để độ lợi sẽ giao động Đáp ứng tần số với bộ lọc Chebyshev loại 2
1.3 Thiết kế mạch lọc Chebyshev.
1.4 Ứng dụng mô phỏng trên Matlab.
Mô phỏng thiết kế mạch lọc
Thực hiện gõ câu lệnh fdatool trên Command Window sau đó sẽ xuất hiện cửa sổ:
Tại cửa sổ này, ta thực hiện thiết kế bộ lọc thông qua các tham số được truyền vào:
Ví dụ: Thực hiện mô phỏng bộ lọc Chebyshev loại 1 lọc thông thấp với các giá trị sau:
Fs = 48000 Hz; Fpass = 9600 Hz; Fstop = 12000 Hz; Apass = 10 db; Astop 80db;
UHF TV Linear Amplifier (450-800MHz)
Cấu trúc mạch này là bộ khuếch đại RF cho các máy phát TV nhỏ, hoạt động trong dải UHF (450-800MHz) Bộ khuếch đại này có khả năng nâng cao tín hiệu video và sử dụng bóng bán dẫn BFQ68, hoạt động ở lớp A Khi cung cấp động lực 100mW, đầu ra của mạch có thể đạt công suất khoảng 2W.
Khi cung cấp cho mạch 200mA, công suất tiêu thụ khoảng 3W, nhưng việc tăng sản lượng không đảm bảo tín hiệu video sạch, dẫn đến méo mó và thiếu màu sắc Vấn đề này xuất phát từ các dẫn xuất xuyên điều chế của bóng bán dẫn và xử lý quá mức Để hoạt động hiệu quả, bóng bán dẫn cần nguồn điện ổn định với điện áp 25V và dòng tối thiểu 3A Transistor BFQ68 của PHILIPS được thiết kế cho ứng dụng khuếch đại hệ thống truyền hình trung tâm với công suất trung bình, đồng thời có thể được sử dụng cho các giai đoạn đầu ra video của máy phát truyền hình công suất thấp Điểm hiệu quả tối ưu cho loại bóng bán dẫn A là điện áp 15V và dòng thu 250mA, với vỏ gốm SOT-122 Nếu bóng bán dẫn gặp sự cố, không nên lạm dụng, vì phần gốc chứa oxit beri (BeO), một chất độc hại và gây ung thư.
Tụ C1 cách ly điện áp đầu vào với tầng dẫn động, trong khi hai tụ C2-C3 (4-30pF) điều phối mạch đầu vào của bóng bán dẫn Sự tương thích của các bóng bán dẫn trong đầu ra 50R được hỗ trợ bởi các biến C4, C5 và cuộn cảm L5 Để hoạt động ở lớp A, bóng bán dẫn cần một mạch bổ sung để phân cực cơ sở, với điện áp phân cực điều chỉnh bằng chiết áp 1 KO Mạch in hai mặt cần thiết để gắn vật liệu, với vị trí đặt vật liệu là "không khí" Bóng bán dẫn có tản nhiệt lớn để đảm bảo làm mát hiệu quả Mạch khuếch đại cần bảng điều khiển với các điện trở R1 = 560, R2 = 220, R3 = 820 để ổn định điểm hoạt động ở 0.75 V Cuộn cảm L6 gồm mười dây xoắn 0,3 mm, quấn đường kính 4mm, trong khi hai tụ C6 và C7 là giá đỡ bề mặt Cuộn dây L1 và L4 có đường kính quấn 4mm với dây 1mm màu bạc, và cuộn L5 gồm 2 vòng xoắn, đường kính quấn 4mm.
High output 600 Ohm line driver
Mạch có đầu ra nổi hoạt động như cuộn dây biến áp cách ly, với biên độ đầu ra không thay đổi bất kể tải được nối đất hay không Điều này đạt được nhờ vào Z-out và chế độ chung vô hạn Mạch gồm hai nguồn dòng điện đẩy, với trở kháng đầu ra chế độ chung cũng vô hạn Kết nối điện trở giữa các cực không đảo ngược của bộ khuếch đại op làm giảm Z-out mà không ảnh hưởng đến chế độ Z-chung Nếu cả đầu ra và tải đều nổi, sẽ không có tham chiếu nối đất, dẫn đến sự cố, có thể khắc phục bằng cách giảm một chút chế độ chung thông qua R7 Tất cả các điện trở cần có dung sai gần để đảm bảo cân bằng tốt, và trình điều khiển dòng cung cấp +24 dB từ A ± 12V hoặc +16 dB từ nguồn cung cấp  ± 6 V.
Broadcast-band-rf-amplifier
Mạch có tần số đáp ứng trong khoảng từ 100Hz đến 3 MHz đạt được khoảng 30 dB
Transistor hiệu ứng trường Ql hoạt động ở chế độ tự phân cực nguồn chung, cho phép điều chỉnh điện trở tùy chọn Rl để thiết lập trở kháng đầu vào theo giá trị mong muốn.
Thông thường, trở kháng đầu vào là 50 ohms Tín hiệu được ghép trực tiếp đến Q2, một mạch cơ sở chung giúp cô lập các giai đoạn đầu vào và đầu ra, đồng thời cung cấp độ ổn định cho bộ khuếch đại Q3 hoạt động như một người theo dõi bộ phát, cung cấp trở kháng đầu ra thấp khoảng 50 ohms Để tăng trở kháng đầu ra, có thể thêm điện trở R8.
Nó sẽ ảnh hưởng đến trở kháng theo công thức này: R8 - Route-50 Nếu không, hãy kết nối trực tiếp tụ điện đầu ra C4 với bộ phát của Q3.
Crystal oscillator
Dao động thạch anh là một mạch điện tử tạo ra sự cộng hưởng cơ học từ thạch anh áp điện, sản sinh tín hiệu điện với tần số ổn định Tần số này thường được ứng dụng trong việc theo dõi thời gian, như trong đồng hồ đeo tay và các mạch tích hợp kỹ thuật số, đồng thời cũng giúp ổn định tần số cho máy phát và máy thu vô tuyến Thạch anh, loại cộng hưởng áp điện phổ biến nhất, được sử dụng chủ yếu trong bộ tạo dao động tần số vô tuyến (RF) và được gọi là bộ dao động thạch anh, được thiết kế để cung cấp điện dung.
Có nhiều loại mạch điện tử dao động, bao gồm Bộ dao động tuyến tính, Bộ dao động Hartley, Bộ dao động dịch pha, Bộ dao động Armstrong, Bộ dao động Clapp, Bộ dao động Colpitts, Bộ dao động Royer, Bộ dao động vòng, Bộ dao động đa vi và Bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào bộ dao động tinh thể, khám phá cách hoạt động và các ứng dụng của bộ dao động thạch anh.
1.2 Tinh thể thạch anh là gì?
Tinh thể thạch anh có một tính chất quan trọng gọi là hiệu ứng áp điện, khi áp suất cơ học tác động lên bề mặt của nó, sẽ sinh ra một điện áp tỷ lệ với áp suất đó Điện áp này dẫn đến sự biến dạng trong thạch anh, với mức độ biến dạng tương ứng với điện áp được áp dụng và cũng là điện áp thay thế gây ra dao động ở tần số tự nhiên của tinh thể.
Hình ảnh minh họa ký hiệu của bộ cộng hưởng thạch anh và thạch anh trong mạch dao động điện tử, bao gồm các thành phần như điện trở, cuộn cảm và tụ điện.
1.3 Sơ đồ mạch dao động thạch anh
Hình dưới đây là Bộ dao động thạch anh 16MHz mới 20psc và nó là một loại bộ dao động thạch anh hoạt động với tần số 16MHz.
Các bóng bán dẫn lưỡng cực và FET thường được sử dụng trong việc xây dựng các mạch dao động thạch anh, đặc biệt là vì các bộ khuếch đại hoạt động có thể hoạt động ở tần số thấp dưới 100KHz Tuy nhiên, khi sử dụng ở tần số cao hơn, đặc biệt là trên 1MHz, các bộ khuếch đại này không đủ băng thông, gây ra vấn đề hiệu suất Để khắc phục tình trạng này, bộ dao động thạch anh Colpitts đã được thiết kế, cho phép hoạt động hiệu quả hơn ở tần số cao Trong bộ tạo dao động này, mạch bể LC cung cấp các dao động phản hồi, được thay thế bằng một thạch anh để cải thiện độ ổn định và hiệu suất.
1.4 Cách hoạt động của mạch dao động thạch anh
Mạch dao động thạch anh hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng áp điện nghịch, nơi điện trường tạo ra biến dạng cơ học trên vật liệu Nhờ vào cộng hưởng cơ học của thạch anh, được chế tạo từ vật liệu áp điện, mạch này phát sinh tín hiệu điện với tần số xác định.
Bộ dao động thạch anh thường có độ ổn định cao và hệ số chất lượng tốt (Q), với kích thước nhỏ gọn và tính kinh tế Do đó, chúng vượt trội hơn so với các mạch cộng hưởng khác như mạch LC và bộ điều chỉnh Trong các ứng dụng vi xử lý và bộ điều khiển vi mô, bộ dao động thạch anh 8MHz được sử dụng phổ biến.
Mạch điện tương đương mô tả hoạt động của thạch anh, bao gồm các thành phần cơ bản như độ tự cảm L đại diện cho khối lượng thạch anh, điện dung C2 thể hiện sự tuân thủ, và C1 biểu thị điện dung do quá trình đúc cơ học Ngoài ra, điện trở R đại diện cho ma sát cấu trúc bên trong của thạch anh, tạo nên mạch dao động thạch anh.
Sơ đồ trên mô tả một mạch tương đương, vẽ đồ thị cho tần số cộng hưởng, công thức cho tần số cộng hưởng.
Cộng hưởng nối tiếp xảy ra khi điện kháng do điện dung C1 tạo ra bằng và ngược chiều với điện kháng do cuộn cảm L Tần số cộng hưởng nối tiếp và song song được biểu thị lần lượt bằng fr và fp, và các giá trị này có thể xác định thông qua các phương trình được trình bày trong hình trên.
1.5 Công dụng của dao động thạch anh
Trong thiết kế bộ vi xử lý và vi điều khiển, bộ dao động thạch anh đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tín hiệu xung nhịp Chẳng hạn, đối với bộ vi điều khiển 8051, một mạch dao động thạch anh bên ngoài với tần số 12MHz là cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của thiết bị.
8051 là một vi điều khiển hoạt động với tần số tối đa 40 MHz, nhưng thường yêu cầu 12 MHz để đảm bảo hiệu suất tối ưu Để đạt được tốc độ chu kỳ hiệu quả là 1 MHz (với xung nhịp 12 MHz) hoặc lên đến 3,33 MHz (với xung nhịp tối đa 40 MHz), vi điều khiển này cần 12 chu kỳ xung nhịp cho mỗi chu kỳ máy Bộ dao động thạch anh được sử dụng cung cấp các xung đồng hồ cần thiết để đồng bộ hóa mọi hoạt động bên trong của 8051.
1.6 Ứng dụng của dao động thạch anh
Bộ tạo dao động thạch anh có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau, từ điện tử đến viễn thông Chúng được sử dụng để tạo ra tần số ổn định cho thiết bị, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác cao Các ứng dụng phổ biến bao gồm đồng hồ, máy tính, và các thiết bị truyền thông, cho thấy vai trò quan trọng của bộ tạo dao động thạch anh trong công nghệ hiện đại.
1.7 Ứng dụng dao động thạch anh Colpitts
Bộ dao động thạch anh Colpitts được sử dụng để tạo ra tín hiệu hình sin ở tần số cao, và có thể hoạt động như các cảm biến khác nhau, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ Thiết bị SAW trong mạch Colpitts cho phép cảm nhận trực tiếp từ bề mặt của nó.
Bộ dao động Colpitts chủ yếu được ứng dụng trong các lĩnh vực yêu cầu dải tần rộng và hoạt động trong điều kiện dao động không lấy mẫu và liên tục Việc sử dụng các thiết bị trong mạch Colpitts giúp đạt được độ ổn định nhiệt độ cao hơn và tần số hoạt động lớn hơn.
Colpitts được sử dụng để phát triển thông tin liên lạc di động và liên lạc vô tuyến.
1.8 Các ứng dụng của Bộ dao động thạch anh Armstrong
Mạch này đã trở nên phổ biến từ những năm 1940, được sử dụng rộng rãi trong các máy thu vô tuyến tái sinh Tín hiệu tần số vô tuyến từ ăng-ten được ghép vào mạch bình thông qua một cuộn dây bổ sung, giúp giảm phản hồi để điều khiển trong vòng phản hồi Kết quả là, nó tạo ra một bộ lọc và bộ khuếch đại tần số vô tuyến băng hẹp, trong đó mạch cộng hưởng LC được thay thế bằng các vòng phản hồi.
Sơ đồ nguyên lý và hoạt động
Khi cung cấp cho mạch 200mA, mức tiêu thụ năng lượng đạt khoảng 3W, nhưng việc tăng sản lượng không đảm bảo tín hiệu video sạch sẽ, dẫn đến hiện tượng méo mó, thiếu màu sắc và không rõ ràng Vấn đề này thường xuất phát từ các dẫn xuất xuyên điều chế của bóng bán dẫn và việc xử lý quá mức Để hoạt động hiệu quả, bóng bán dẫn yêu cầu nguồn điện ổn định với điện áp đầu ra lý tưởng là 25V và dòng tối thiểu 3A Transistor BFQ68 do PHILIPS sản xuất được thiết kế cho ứng dụng khuếch đại trong hệ thống truyền hình trung tâm với công suất trung bình, và cũng có thể sử dụng trong các giai đoạn đầu ra video cho máy phát truyền hình công suất thấp Điện áp cung cấp hiệu quả nhất cho loại bóng bán dẫn A là 15V với dòng thu 250mA, và chúng thường có sẵn trong vỏ gốm SOT-122 Nếu bóng bán dẫn bị hư hỏng, cần tránh lạm dụng vì phần gốc của nó chứa oxit beri (BeO), một chất cực kỳ độc hại và gây ung thư.
Tụ C1 được sử dụng để cách ly điện áp đầu vào với tầng dẫn động, trong khi hai tụ C2 và C3 (4-30pF) điều phối mạch đầu vào của bóng bán dẫn Sự thích ứng của các bóng bán dẫn trong đầu ra 50R được thực hiện nhờ các biến C4, C5 và cuộn cảm L5 Để hoạt động trên lớp A, bóng bán dẫn cần một mạch bổ sung để phân cực cơ sở, với điện áp phân cực điều chỉnh bằng chiết áp 1 KO Mạch hiển thị cần thiết cho mạch in hai mặt, nơi gắn vật liệu, với vị trí đặt vật liệu là "không khí" Bóng bán dẫn có tản nhiệt lớn để làm mát hiệu quả Mạch khuếch đại cần một bảng điều khiển gồm các điện trở R1 = 560, R2 = 220 và R3 = 820 để ổn định điểm hoạt động tại 0.75 V Cuộn cảm L6 được quấn bằng dây 0,3 mm với đường kính 4mm, cùng với hai tụ điện C6 và C7 là giá đỡ bề mặt, không thể sử dụng tụ điện cổ điển Cuộn dây L1 và L4 cũng có đường kính quấn 4mm với dây 1mm màu bạc, trong khi L5 gồm 2 vòng xoắn với đường kính quấn 4mm.
2 High output 600 Ohm line driver.
Mạch có đầu ra nổi, hoạt động như cuộn dây biến áp cách ly với biên độ đầu ra không đổi, bất kể tải được nối đất hay không Điều này đạt được nhờ Z-out, chế độ chung, vô hạn Mạch bao gồm hai nguồn dòng điện đẩy, khiến trở kháng đầu ra chế độ chung cũng vô hạn Kết nối điện trở giữa các cực không đảo ngược của bộ khuếch đại op làm giảm Z-out mà không ảnh hưởng đến chế độ Z-chung Vì đầu ra là nổi, nếu tải cũng nổi sẽ không có tham chiếu nối đất, dẫn đến sự cố, có thể khắc phục bằng cách giảm một chút chế độ chung với R7 Tất cả các điện trở cần có dung sai gần để đảm bảo cân bằng tốt Trình điều khiển dòng cung cấp +24 dB từ A ± 12V hoặc +16 dB từ nguồn cung cấp  ± 6 V.
Mạch có tần số đáp ứng trong khoảng từ 100Hz đến 3 MHz đạt được khoảng 30 dB
Transistor hiệu ứng trường Ql hoạt động ở chế độ tự phân cực nguồn chung, cho phép điều chỉnh điện trở Rl để đạt được trở kháng đầu vào theo giá trị mong muốn.
Thông thường, trở kháng đầu vào là 50 ohms Tín hiệu được kết nối trực tiếp đến Q2, một mạch cơ sở chung giúp cô lập các giai đoạn đầu vào và đầu ra, đồng thời cung cấp độ ổn định cao cho bộ khuếch đại Q3 hoạt động như một người theo dõi bộ phát, cung cấp trở kháng đầu ra thấp khoảng 50 ohms Để tăng trở kháng đầu ra, có thể thêm điện trở R8.
Nó sẽ ảnh hưởng đến trở kháng theo công thức này: R8 - Route-50 Nếu không, hãy kết nối trực tiếp tụ điện đầu ra C4 với bộ phát của Q3.
CHƯƠNG 3 Tìm hiểu các mạch dao động sau và ứng dụng của nó:
Dao động thạch anh là mạch dao động điện tử tạo ra sự cộng hưởng cơ học của thạch anh áp điện, sản sinh tín hiệu điện với tần số ổn định Tần số này thường được ứng dụng trong đồng hồ và các mạch tích hợp kỹ thuật số để đảm bảo tín hiệu đồng hồ chính xác, đồng thời cũng được sử dụng để ổn định tần số cho máy phát và thu vô tuyến Thạch anh là loại cộng hưởng áp điện phổ biến nhất trong bộ tạo dao động tần số vô tuyến (RF), và được gọi là bộ dao động thạch anh, được thiết kế để cung cấp điện dung.
Có nhiều loại mạch điện tử dao động, bao gồm Bộ dao động tuyến tính, Bộ dao động Hartley, Bộ dao động dịch pha, Bộ dao động Armstrong, Bộ dao động Clapp, Bộ dao động Colpitts, Bộ dao động Royer, Bộ dao động vòng, Bộ dao động đa vi và Bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào việc tìm hiểu về bộ dao động tinh thể, cũng như cách hoạt động và ứng dụng của bộ dao động thạch anh.
1.2 Tinh thể thạch anh là gì?
Tinh thể thạch anh có một tính chất quan trọng gọi là hiệu ứng áp điện, trong đó áp suất cơ học lên bề mặt thạch anh sẽ tạo ra điện áp tỷ lệ với áp suất đó Điện áp sinh ra gây ra sự biến dạng trong thạch anh, với mức độ bóp méo tỷ lệ thuận với điện áp tác động và cũng là điện áp thay thế gây ra dao động ở tần số tự nhiên của tinh thể.
Hình ảnh minh họa ký hiệu của bộ cộng hưởng thạch anh và thạch anh trong mạch dao động điện tử, bao gồm các thành phần như điện trở, cuộn cảm và tụ điện.
1.3 Sơ đồ mạch dao động thạch anh
Hình dưới đây là Bộ dao động thạch anh 16MHz mới 20psc và nó là một loại bộ dao động thạch anh hoạt động với tần số 16MHz.
Các bóng bán dẫn lưỡng cực và FET thường được sử dụng trong mạch dao động thạch anh, nhưng các bộ khuếch đại hoạt động không đủ băng thông cho tần số cao trên 1MHz Để giải quyết vấn đề này, bộ dao động thạch anh Colpitts được thiết kế để hoạt động hiệu quả ở tần suất cao hơn Trong bộ tạo dao động này, mạch bể LC cung cấp các dao động phản hồi, được thay thế bằng một thạch anh để nâng cao hiệu suất.
1.4 Cách hoạt động của mạch dao động thạch anh
Mạch dao động thạch anh hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng áp điện nghịch, khi điện trường tác động lên sẽ gây ra biến dạng cơ học ở một số vật liệu Nhờ vào cộng hưởng cơ học của thạch anh, được chế tạo từ vật liệu áp điện, mạch này tạo ra tín hiệu điện với tần số xác định.
Bộ dao động thạch anh thường có độ ổn định cao và hệ số chất lượng tốt (Q), đồng thời có kích thước nhỏ và tính kinh tế Vì lý do này, mạch dao động thạch anh được coi là ưu việt hơn so với các mạch cộng hưởng khác như mạch LC và bộ điều chỉnh Trong các ứng dụng của bộ vi xử lý và bộ điều khiển vi mô, bộ dao động thạch anh 8MHz thường được sử dụng.
Mạch điện tương đương mô tả hoạt động của thạch anh, với sơ đồ hiển thị các thành phần cơ bản như độ tự cảm L đại diện cho khối lượng thạch anh, điện dung C2 thể hiện sự tuân thủ, và C1 biểu thị điện dung hình thành từ quá trình đúc cơ học Ngoài ra, điện trở R đại diện cho ma sát cấu trúc bên trong của thạch anh, tạo thành mạch dao động thạch anh.
Sơ đồ trên mô tả một mạch tương đương, vẽ đồ thị cho tần số cộng hưởng, công thức cho tần số cộng hưởng.
Cộng hưởng nối tiếp xảy ra khi điện kháng do điện dung C1 tạo ra bằng và ngược chiều với điện kháng do cuộn cảm L Tần số cộng hưởng nối tiếp và song song được ký hiệu lần lượt là fr và fp Giá trị của fr và fp có thể được xác định thông qua các phương trình được trình bày trong hình trên.
1.5 Công dụng của dao động thạch anh
Trong thiết kế bộ vi xử lý và vi điều khiển, các bộ dao động thạch anh đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tín hiệu xung nhịp Chẳng hạn, với bộ vi điều khiển 8051, một mạch dao động thạch anh bên ngoài hoạt động ở tần số 12MHz là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của vi điều khiển này.
Ghi chú
- Lắp ráp mạch trên PCB chất lượng tốt.
- Mạch có thể được cấp nguồn từ bất cứ thứ gì giữa 9 đến 24V DC.
- Cuộn cảm L3 có thể là RFC loại VK220J.
Đối với L1, hãy tạo 3 vòng dây đồng tráng men 1mm trên một sợi nhựa có đường kính 10mm Trên cùng một lõi, thực hiện 2 vòng dây đồng tráng men dày 1mm gần với L1 để tạo thành L2.
- Tần số có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi C9.
- R9 có thể được sử dụng để điều chỉnh độ lợi.
- Để có hiệu suất tối ưu, giá trị của C8 cũng phải được điều chỉnh.
- Sử dụng pin để cấp nguồn cho mạch sẽ giảm nhiễu.
FM transmitter using UPC1651
2.1 Giới thiệu Đây là sơ đồ mạch của một máy phát FM sử dụng IC UPC1651 UPC1651 là bộ khuếch đại UHF Silicon MMIC dải rộng IC có đáp ứng tần số rộng đến 1200MHz và công suất lên đến 19dB IC có thể hoạt động từ 5V DC.
2.2 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động
Tín hiệu âm thanh từ micrô được truyền đến chân đầu vào (pin 2) của IC qua tụ điện C1, hoạt động như bộ lọc nhiễu Tín hiệu FM đã được điều chế sẽ xuất hiện ở chân đầu ra (pin 4) của IC Cuộn cảm L1 kết hợp với tụ điện C3 tạo thành mạch LC cần thiết để tạo ra dao động, và tần số của máy phát có thể được điều chỉnh dễ dàng.
- Cuộn cảm L1 có thể được chế tạo bằng cách tạo 5 vòng dây đồng tráng men 26SWG trên một tấm nhựa trước đây có đường kính 4mm.
- Cú thể sử dụng dõy đồng cỏch điện ắ một làm ăng ten.
- Mic M1 có thể là micrô tụ điện
- Không cung cấp nhiều hơn 6V cho IC.
LM565 và ứng dụng
LM565 là vi mạch PLL (Phase Locked Loop) đa năng, chuyên dùng cho giải điều chế, nhân tần số và phân chia tần số Thiết bị này bao gồm hai thành phần chính: dao động điều khiển điện áp (VCO) và bộ tách sóng pha (PD) VCO được tối ưu hóa để hoạt động với độ tuyến tính cao, trong khi PD có khả năng triệt tiêu sóng mang hiệu quả.
LM565 là một thiết bị lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu PLL, bao gồm giải điều chế FM và bộ chia tần số tín hiệu Nó được thiết kế đặc biệt với VCO tuyến tính cao, giúp giải điều chế FM với độ méo thấp.
1.2 Tính năng và đặc điểm
- Phạm vi cung cấp điện rộng
- 0,2% tuyến tính của đầu ra giải điều chế
- Sóng tam giác tuyến tính có sẵn các giao cắt trong pha 0
- Đầu vào máy dò pha tương thích TTL và DTL và đầu ra sóng vuông
- Có thể điều chỉnh giữ trong phạm vi từ ± 1% đến> ± 60%
- Độ ổn định tần số 200 ppm / ° C của VCO
- Tần số hoạt động tối đa VCO: 500KHz
- Cực ổn định của tần số trung tâm thường là 200ppm.
- Dải điện áp hoạt động: ± 5V đến ± 12V
- Điện áp hoạt động tối đa: ± 12V
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -55ºC đến + 125ºC
- Phạm vi nhiệt độ lưu trữ: -65 ° C đến + 150 ° C
- Nguồn cung cấp hiện tại: 12,5mA
- Công suất tiêu tán tối đa: 1400mW
Nó là một IC 14 chân, hoạt động từ nguồn điện kép + V (ở chân số 10) và –V (ở chân số 1).
Chân số 2 & 3 -> Đầu vào tín hiệu cho đầu dò pha.
Chân số 4 -> Đầu ra VCO khả dụng
Chân số 6-> điện áp một chiều tham chiếu có sẵn.
Chân số 7 của mạch được sử dụng để nhận tín hiệu đầu ra giải điều chế Khi tín hiệu đầu vào giữa chân số 2 và 3 là tín hiệu FM, chân số 7 sẽ cung cấp đầu ra giải điều chế FM.
Chân số 8 và 9 -> bên ngoài R1 và C1 cho VCO (xác định tần số chạy tự do của VCO)
Trong thiết bị, chân 2 và chân 3 được sử dụng để kết nối tín hiệu tương tự đầu vào, trong đó chân 3 thường được nối đất và chân 2 được dùng làm đầu vào chính.
Bộ tách sóng pha nhận tín hiệu đầu vào cùng với phản hồi từ VCO, sau đó so sánh hai tín hiệu để kiểm tra xem chúng có cùng pha hoặc tần số hay không Nếu hai tín hiệu này cùng pha hoặc cùng tần số, bộ dò pha sẽ cung cấp đầu ra điện áp bằng không; ngược lại, nếu có sự khác biệt về pha hoặc tần số, đầu ra sẽ phản ánh sự chênh lệch đó.
PD cung cấp điện áp đầu ra dương cho bộ khuếch đại, giúp khuếch đại tín hiệu điện áp Điện áp sau khi được khuếch đại sẽ được cung cấp cho VCO, từ đó tạo ra dạng sóng với tần số phụ thuộc vào độ lớn của điện áp đầu vào.
Trong trường hợp không có đầu vào nào, VCO sẽ hoạt động ở chế độ tự do, tạo ra tín hiệu với tần số được xác định bởi tụ điện và điện trở kết nối ở chân 8 và chân 9.
Khi tín hiệu đầu vào được cung cấp, tần số của tín hiệu này và tần số đầu ra của VCO sẽ được so sánh Nếu hai tần số không khớp, bộ điều khiển pha (PD) sẽ tạo ra một điện áp khuếch đại để điều chỉnh VCO VCO sẽ thay đổi tần số tín hiệu dựa trên điện áp nhận được từ bộ khuếch đại Quá trình này tiếp tục cho đến khi tần số của tín hiệu đầu vào và tần số của VCO đồng bộ với nhau Đây chính là nguyên lý hoạt động của vòng lặp bị khóa pha, trong đó tần số đầu ra của VCO luôn cố gắng theo kịp tần số đầu vào.
- Giải điều chế FSK và FM
- Đồng bộ hóa dữ liệu và băng
- Bộ tổng hợp tần số
- Nhân và chia tần số
- Bộ giải điều chế SCA
PLL Motor speed control
PLL hoạt động ở một trong ba chế độ sau :
- Chế độ chạy tự do
2.2 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động
Ban đầu, PLL hoạt động ở chế độ tự do mà không có tín hiệu đầu vào Khi một tín hiệu đầu vào với tần số cụ thể được áp dụng, tần số đầu ra của VCO bắt đầu thay đổi Giai đoạn này được gọi là chế độ bắt giữ, trong đó tần số đầu ra của VCO sẽ điều chỉnh liên tục cho đến khi đạt được tần số của tín hiệu đầu vào Khi tần số đầu ra và tần số đầu vào đồng bộ, PLL chuyển sang chế độ khóa.
Một bộ điều khiển PI lý tưởng cung cấp khả năng điều chỉnh tốc độ hoàn hảo, nhưng do các yếu tố không hoàn hảo trong mạch cảm biến và điều khiển, tốc độ điều chỉnh tối ưu chỉ đạt 0,2% Tuy nhiên, điều khiển vòng lặp bị khóa theo pha (PLL) có thể đạt được quy định tốc độ thấp tới 0,002%, rất hữu ích trong các ứng dụng như băng tải, nhà máy giấy, dệt may và thiết bị ngoại vi máy tính Đầu ra của bộ tách sóng pha tạo ra tín hiệu điều chế độ rộng xung Vc, với độ rộng xung phụ thuộc vào độ lệch pha giữa hai tàu xung đầu vào Đầu ra này được lọc qua bộ lọc vòng để thu được tín hiệu một chiều, sau đó được sử dụng làm điện áp điều khiển cho bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO), với đầu ra f phản hồi Trong vòng kín, tần số đầu ra VCO sẽ thay đổi để giảm độ lệch pha, và khi đạt trạng thái ổn định, f sẽ chính xác bằng f* Điện áp điều khiển cần thiết từ VCO để tạo ra f bằng f* phụ thuộc vào độ lệch pha giữa hai tín hiệu đầu vào, và nếu f* thay đổi, f sẽ điều chỉnh theo và điện áp điều khiển sẽ được điều chỉnh tương ứng.
Một ổ đĩa điện sử dụng Điều khiển vòng lặp đã khóa theo pha bao gồm mạch với VCO được thay thế bởi bộ chuyển đổi, động cơ và bộ mã hóa tốc độ Đầu ra từ bộ lọc vòng lặp tạo ra tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển đổi, điều chỉnh hoạt động của nó để tốc độ động cơ đạt được tần số tín hiệu đầu ra của bộ mã hóa tốc độ f bằng tần số tín hiệu tham chiếu f * Bằng cách thay đổi f *, tốc độ động cơ có thể được điều chỉnh linh hoạt.
Bộ thu AM Superheterodyne
Máy thu Superheterodyne sử dụng phương pháp trộn tín hiệu để chuyển đổi tín hiệu vô tuyến đầu vào thành tần số trung gian ổn định (IF), giúp dễ dàng xử lý hơn so với tín hiệu vô tuyến gốc Tín hiệu IF sau đó được khuếch đại bởi bộ khuếch đại IF và được đưa vào bộ dò để chuyển đổi thành tín hiệu âm thanh, cuối cùng cung cấp cho loa thông qua bộ khuếch đại âm thanh.
Hầu hết các máy thu AM hiện nay là loại superheterodyne, cho phép sử dụng bộ lọc chọn lọc cao trong giai đoạn Tần số trung gian (IF), mang lại độ nhạy cao và khả năng loại bỏ tín hiệu RF không mong muốn nhờ vào các bộ lọc này Dải khuếch đại IF cung cấp độ lợi cao và phản hồi tín hiệu mạnh, nhờ vào điều khiển độ lợi tự động trong bộ khuếch đại, đồng thời dễ dàng vận hành với các điều khiển đơn giản như âm lượng, công tắc nguồn và núm điều chỉnh.
1.2 Sơ đồ khối của máy thu AM Superheterodyne Để hiểu cách hoạt động, hãy xem Sơ đồ khối máy thu Superheterodyne AM được hiển thị bên dưới.
Như bạn có thể thấy sơ đồ khối có 11 giai đoạn khác nhau, mỗi giai đoạn có một chức năng cụ thể:
Bộ lọc RF bao gồm cuộn dây ăng-ten thanh ferit và tổ hợp tụ điện biến đổi, phục vụ hai mục đích chính: cảm ứng RF vào cuộn dây và điều khiển tần số cộng hưởng của tụ điện song song Ứng dụng này giúp ăng-ten ferit hoạt động hiệu quả nhất khi tần số cộng hưởng của cuộn dây và tụ điện trùng khớp với tần số sóng mang của trạm, từ đó hoạt động như bộ lọc đầu vào cho máy thu.
Bộ trộn là khối thứ ba trong hệ thống thu sóng, nơi tín hiệu RF và tín hiệu LO được kết hợp để tạo ra tín hiệu IF mong muốn Trong các máy thu AM thông thường, bộ trộn xuất ra tổng và sự khác biệt giữa tần số LO và RF Các radio bán dẫn đơn giản thường sử dụng bóng bán dẫn cho bộ khuếch đại và bộ trộn, trong khi các máy thu chất lượng cao hơn sử dụng mạch tích hợp chuyên dụng như TCA440, cho phép tách biệt các giai đoạn này, từ đó nâng cao độ nhạy thu sóng Trong bộ trộn LO bán bóng bán dẫn, bóng bán dẫn hoạt động như một bộ dao động Armstrong cơ sở chung, với tín hiệu RF được lấy từ cuộn dây quấn trên thanh ferit Tại các tần số khác với tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng ăng-ten, trở kháng thấp được thể hiện, giúp tín hiệu LO được tiếp đất trong khi tín hiệu đầu vào không bị ảnh hưởng, nhờ vào cấu trúc cộng hưởng song song của mạch ăng-ten.
Bộ lọc IF đầu tiên, nằm ở khối thứ tư của máy thu AM, là một mạch cộng hưởng trong bộ thu của transistor Nó có tần số cộng hưởng tương ứng với tần số IF, nhằm mục đích loại bỏ các tín hiệu không mong muốn có tần số khác với tần số IF Việc này giúp lọc sạch các sản phẩm trộn không mang tín hiệu âm thanh mà người dùng mong muốn nghe.
- Bộ khuếch đại IF đầu tiên: Khối thứ năm là bộ khuếch đại IF đầu tiên Mức tăng từ
Trong các giai đoạn IF, mức tăng từ 50 đến 100 là phổ biến, tuy nhiên nếu mức tăng quá cao có thể dẫn đến biến dạng và dao động ký sinh do các bộ lọc IF quá gần nhau và không được che chắn đúng cách Bộ khuếch đại được điều khiển bởi điện áp AGC (Automatic Gain Control) từ bộ giải điều chế, giúp giảm mức khuếch đại để tín hiệu đầu ra ổn định, bất kể biên độ tín hiệu đầu vào Trong các máy thu AM sử dụng bóng bán dẫn, tín hiệu AGC thường được đưa vào đế với điện áp âm, làm giảm độ lợi thông qua việc kéo điện áp phân cực cơ sở xuống thấp hơn trong các bóng bán dẫn NPN.
Bộ lọc IF thứ hai, nằm trong khối thứ sáu, là một mạch cộng hưởng tương tự như bộ lọc đầu tiên, được tích hợp trong bộ thu của bóng bán dẫn Nó có chức năng chỉ cho phép các tín hiệu có tần số IF đi qua, giúp cải thiện tính chọn lọc của hệ thống.
Bộ khuếch đại IF thứ hai, nằm ở khối thứ bảy, tương tự như bộ khuếch đại IF đầu tiên nhưng không được điều khiển bởi AGC Việc không sử dụng AGC giúp giảm độ méo do có quá nhiều tầng điều khiển AGC trước đó.
Bộ lọc IF thứ ba, nằm trong khối thứ tám, là một mạch cộng hưởng tương tự như hai khối đầu tiên, được tích hợp trong bộ thu của bóng bán dẫn Bộ lọc này chỉ cho phép các tín hiệu tần số IF đi qua, từ đó nâng cao tính chọn lọc và cung cấp tín hiệu IF cho máy dò.
Bộ dò, khối thứ chín trong mạch, thường sử dụng điốt gecmani hoặc bóng bán dẫn kết nối với điốt để giải điều chế AM qua việc chỉnh lưu IF Tại đầu ra, thành phần gợn sóng IF mạnh sẽ được lọc bởi bộ lọc thông thấp của tụ điện trở, chỉ để lại thành phần AF, sau đó được cung cấp cho bộ khuếch đại âm thanh Tín hiệu âm thanh này sẽ được lọc thêm để tạo ra điện áp AGC, tương tự như trong nguồn điện một chiều thông thường.
Bộ khuếch đại âm thanh là một thành phần quan trọng trong hệ thống âm thanh, có chức năng khuếch đại tín hiệu âm thanh và truyền tải đến loa Để điều chỉnh âm lượng, giữa bộ phát và bộ khuếch đại âm thanh thường có một chiết áp điều khiển âm lượng.
Loa là thành phần cuối cùng trong hệ thống âm thanh, thường có trở kháng 8 ôm và công suất 0,5W, giúp phát ra âm thanh cho người dùng Khi cắm tai nghe vào giắc cắm, loa sẽ tự động ngắt kết nối, chuyển đổi âm thanh sang tai nghe.
Bộ thu Superheterodyne là một thiết bị quan trọng trong lĩnh vực thu sóng vô tuyến, và dưới đây là sơ đồ mạch điển hình của nó Ví dụ, mạch vô tuyến bán dẫn đơn giản được xây dựng bằng bóng bán dẫn siêu nhạy TR830 của Sony cho thấy cách thức hoạt động hiệu quả của công nghệ này.
Mạch có vẻ phức tạp nhưng có thể trở nên đơn giản khi so sánh với sơ đồ khối Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ phân tích từng phần của mạch Ăng ten L1 là ăng ten thanh ferit, kết hợp với tụ biến C2-1 và C1-1 tạo thành mạch cộng hưởng Các cuộn dây thứ cấp kết nối vào đế của bóng bán dẫn bộ trộn X1 Tín hiệu LO được cung cấp từ LO qua C5, và đầu ra IF được lấy từ bộ thu qua IFT1, cuộn dây này được kết nối với bộ thu theo kiểu biến áp tự động Nếu mạch cộng hưởng kết nối trực tiếp giữa bộ thu và Vcc, bóng bán dẫn sẽ tải mạch đáng kể và băng thông sẽ cao khoảng 200kHz Việc khai thác này giúp giảm băng thông xuống 30kHz.
Bộ dao động Armstrong cơ sở chung tiêu chuẩn, C1-2, được điều chỉnh cùng với C1-1 để duy trì sự khác biệt tần số giữa LO và RF luôn là 455kHz Tần số LO được xác định bởi L2 và tổng điện dung của C1-2 và C2-2 mắc nối tiếp với C8 L2 cung cấp phản hồi cho các dao động từ bộ thu đến bộ phát, trong khi cơ sở được nối đất RF.
FM receiver stereo
2.1 Giới thiệu Điều chế tần số được sử dụng trong chương trình phát sóng vô tuyến ở dải tần VHF 88- 108MHz Dải băng thông này được đánh dấu là FM trên thang băng tần của máy thu vô tuyến, và thiết bị có thể nhận được tín hiệu như vậy được gọi là máy thu FM.
Máy phát sóng FM có kênh rộng 200kHz, cho phép truyền tần số âm thanh tối đa lên đến 15 kHz, vượt trội so với 4,5 kHz của AM Điều này mang lại khả năng truyền tải dải tần số lớn hơn và nâng cao chất lượng âm thanh của sóng FM so với sóng AM.
2.2 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động