(Trang 95)
CHƯƠNG VII. ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
• Giới thiệu về điện tử tương tự
• Khuếch đại thuật toán
• Thực hành: Mạch khuếch đại đảo
(Trang 96)
BÀI 18. GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
Sau khi học xong bài này, em sẽ:
Trình bày được nội dung cơ bản về tín hiệu, một số mạch xử lí tín hiệu của điện tử tương tự.
Hình 18.1
Khối xử lí tín hiệu có một tín hiệu vào và ba tín hiệu ra như Hình 18.1. Quan sát và so sánh các tín hiệu ra với tín hiệu vào.
I. TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ
Khám phá
Quan sát và mô tả nội dung của Hình 18.2.
Âm thanh; Microphone; Tín hiệu điện
Hình 18.2. Chuyển đổi tín hiệu của microphone
(Trang 97)
Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ biến đổi liên tục theo thời gian. Tín hiệu tương tự được biểu diễn thông qua dòng điện hoặc điện áp, gọi chung là tín hiệu điện. Hình 18.3 biểu diễn đồ thị của tín hiệu điện áp tương tự.
Hình 18.3. Tín hiệu điện áp tương tự
Tín hiệu tương tự có hai loại tuần hoàn và không tuần hoàn. Tín hiệu tuần hoàn thông thường có dạng hình sin đặc trưng bởi biên độ, tần số, góc pha và lặp lại sau mỗi chu kì. Ngược lại, tín hiệu không tuần hoàn không có sự lặp lại. Hình 18.4 biểu diễn dạng tín hiệu tuần hoàn và không tuần hoàn.
a) Tuần hoàn
b) Không tuần hoàn
Hình 18.4. Đồ thị mô tả tín hiệu
i+ Thông tin bổ sung
Các tín hiệu nói chung chuyển thành tín hiệu điện thông qua bộ biến đổi. Hình 18.5 biểu diễn cấu tạo của microphone điện động. Khi sóng âm truyền tới micro làm màng rung rung động, dẫn tới cuộn dây đồng dao động. Cuộn dây đồng đặt trong khe từ trường của nam châm vĩnh cửu khi dao động xuất hiện suất điện động tạo nên dòng điện xoay chiều.
1. Sóng âm; 2. Màng rung; 3. Dây đồng; 4. Nam châm; 5. Dòng điện
Hình 18.5. Cấu tạo của microhone điện động
II. MỘT SỐ MẠCH XỬ LÍ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ
Khám phá
Quan sát và mô tả hoạt động của hệ thống truyền âm thanh tương tự trong Hình 18.6.
Âm thanh→Bộ chuyển đổi→Khuếch đại→Điều chế→Bộ phát→Kênh→Bộ thu→Giải điều chế→Khuếch đại công suất→Loa→Âm thanh
Hình 18.6. Hệ thống truyền âm thanh tương tự
(Trang 98)
Mạch điện tử tương tự được xây dựng từ các linh kiện điện tử cơ bản như: điện trở, tụ điện, cuộn cảm, diode, transistor, khuếch đại thuật toán,... và được sử dụng để xử lí các tín hiệu tương tự theo yêu cầu đề ra.
1. Mạch khuếch đại biên độ điện áp
Mạch khuếch đại biên độ điện áp biến đổi biên độ tín hiệu lối ra lớn hơn biên độ tín hiệu lối vào. Hình 18.7 là mạch khuếch đại biên độ với phần tử khuếch đại là transistor T, điện trở R1, R2, RC, RE thiết lập chế độ khuếch đại của transistor, biên độ Ura lớn hơn và ngược pha so với biên độ Uvào. Hệ số khuếch đại của mạch 
, trong đó Uvào là biên độ tín hiệu lối vào và Ura là biên độ tín hiệu lối ra.
a) Sơ đồ mạch nguyên lí
b) Dạng tín hiệu
Hình 18.7. Mạch khuếch đại biên độ điện áp
Các ứng dụng khuếch đại thường gặp trong thực tế như máy tăng âm để khuếch đại biên độ tín hiệu của âm thanh, mạch khuếch đại tín hiệu điện áp từ các cảm biến, bộ khuếch đại tín hiệu truyền hình cáp: tăng cường tín hiệu bù đắp suy hao tín hiệu trong quá trình truyền đi xa qua cáp,…
2. Mạch điều chế biên độ
Tín hiệu mang thông tin thường có tần số thấp nên muốn truyền đi xa, phải sử dụng sóng mang tần số cao với khả năng bức xạ thành sóng điện từ để truyền đi xa. Quá trình biến đổi biên độ sóng mang theo tín hiệu mang thông tin được gọi là điều chế biên độ.
Hình 18.8. mạch điều chế biên độ sử dụng transistor. Tín hiệu sóng mang UC qua biến áp TF1 và tín hiệu mang thông tin Um được đưa tới cực base của transistor. Mạch cộng hưởng L3C3 tại cự collector sẽ loại bỏ tín hiệu không cần thiết, đưa tín hiệu sóng mang có biên độ thay đổi Um (tín hiệu điều chế biên độ UAM) qua biến áp TF2 tới lối ra.
a) Sơ đồ nguyên lí
b) Dạng tín hiệu
Hình 18.8. Mạch điều chế biên độ
(Trang 99)
Hiện nay, điều chế biên độ được sử dụng trong các lĩnh vực thông tin liên lạc như trong bộ đàm cầm tay hai chiều, radio AM, radio VHF trên máy bay,…
i+ Thông tin bổ sung
Năm 1906, Reginald Fessenden, người Canada, (1866 – 1932) là người phát minh ra điều chế biên độ (AM).
Năm 1933, Edwin Howard Armstrong, (1980 – 1954) đã phát minh ra điều chế tần số (FM – tần số sóng mang thay đổi theo tín hiệu được điều chế).
AM và FM là hai kĩ thuật được sử dụng phổ biến trong đài phát thanh hiện nay.
a) Reginald Fessenden
b) Edwin Howard Armstrong
Hình 18.9. Nhà khoa học Reginald Fessenden vàEdwin Howard Armstrong
3. Mạch giải điều chế biên độ
Tín hiệu điều chế biên độ được truyền tới nơi thu. Tại nơi thu, mạch giải điều chế biên độ sẽ khôi phục lại tín hiệu mang thông tin ban đầu.
Hình 18.10 là mạch giải điều chế biên độ sử dụng diode. Diode D chỉnh lưu nửa chu kì dương của tín hiệu UAM, sau đó tới bộ lọc thông cấp RC để loai bỏ các thành phần tần số cao để thu được tín hiệu sau khi điều chế Um có dạng giống với tín hiệu mang thông tin ban đầu.
a) Sơ đồ mạch nguyên lí
b) Dạng tín hiệu
Hình 18.10. Mạch giải điều chế biên độ
(Trang 100)
Luyện tập
1. Quan sát Hình 18.11 và cho biết tín hiệu nào là tín hiệu tương tự.
Hình 18.11. Biểu diễn dạng của một tín hiệu
2. Chọn tín hiệu Um ở Hình 18.12a, Hình 18.12b kết hợp với tín hiệu UC ở Hình 18.12c để tạo thành tín hiệu UAM ở Hình 18.12d.
Hình 18.12. Tín hiệu điều chế biên độ
Vận dụng
Tìm hiểu và cho biết tên các kênh phát song AM, FM hiện nay của Đài tiếng nói Việt Nam.
Kết nối nghề nghiệp
Xử lí tín hiệu là một trong các công việc rất quan trọng và hiện đang được nhiều công ti công nghệ lớn đầu tư và phát triển. Các kĩ sư xử lí tín hiệu là người được đào tạo về thu thập, phân tích và xử lí tín hiệu, đo lường, kĩ thuật điện, điện tử, kĩ thuật máy tính,...
