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

6. Phổ năng lợng của tạp âm.............................................................................. 22
2.3. Sự truyền tạp âm qua mạng bốn cực tuyến tính - dải tạp âm tơng đơng. 22
2.4. Tạp âm nhiệt của mạch thụ động.................................................................... 25
1. Tạp âm của điện trở thuần .............................................................................. 25
2. Tạp âm của mạch RC....................................................................................... 26
3. Tạp âm của mạch cộng hởng LC .................................................................. 27
2.5. Tạp âm của anten thu........................................................................................ 29
2.6. Tạp âm của dụng cụ điện tử và bán dẫn ......................................................... 30
1. Tạp âm của đèn điện tử 2 cực .......................................................................... 31
2. Tạp âm của đèn 3 cực ....................................................................................... 32
3. Tạp âm đèn 5 cực. ............................................................................................. 33
4. Tạp âm đèn trộn tần......................................................................................... 34
5. Tạp âm của đèn điện tử ở siêu cao tần (SCT) ................................................ 35
6. Sơ đồ tơng đơng tạp âm của đèn điện tử. ................................................... 35
7. Tạp âm của bán dẫn. ........................................................................................ 37
2.7. Hệ số tạp âm và độ nhạy máy thu ................................................................... 39
1. Hệ số tạp âm...................................................................................................... 40
2. Hệ số tạp âm của các mạng 4 cực mắc nối tiếp. ............................................. 43
Chơng 3 Tuyến tần số tín hiệu ................................................................. 46
3.1. Cấu trúc của tuyến tần số tín hiệu để đảm bảo độ nhạy đã cho.................... 46
1. Hệ số tạp âm của máy thu................................................................................ 47
2. Độ nhạy của máy thu........................................................................................ 48

3


3. Chọn các tham số của tuyến tần số tín hiệu suất phát từ điều kiện đảm bảo
của độ nhạy cao của máy thu............................................................................... 51
3.2. Cấu Trúc của tuyến tần số tín hiệu để đảm bảo độ chọn lọc đã cho............. 52
1. Độ chọn lọc một tín hiệu .................................................................................. 53

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

KĐTS. .................................................................................................................. 134
3. Bộ KĐTS một khung cộng hởng kiểu phản xạ và truyền qua................. 139
4.5. Bộ khuếch đại cơ lợng tử............................................................................... 141
1. Tính chất của các hệ phân tử......................................................................... 141
2. Nguyên lí khuếch đại cơ lợng tử .................................................................. 144
Chơng 5 Tuyến trung tần và âm tần ................................................. 148
5.1. Bộ biến tần........................................................................................................ 148
1. Các tham số cơ bản và yêu cầu đối với biến tần .......................................... 149
2. Các yêu cầu cơ bản của bộ dao động ngoại sai ............................................ 153
5.2. Tuyến khuếch đại tần số trung gian .............................................................. 153

4


1. Bộ khuếch đại nhiều tầng, có các tầng dùng mạch dao động đơn, điều chỉnh
cộng hởng ở một tần số..................................................................................... 155
2. Bộ khuếch đại nhiều tầng, các tầng dùng mạch cộng hởng đơn, lệch cộng
hởng từng đôi một............................................................................................. 160
3. Bộ khuếch đại nhiều tầng mỗi tầng có phụ tải là bộ lọc hai mạch cộng
hởng ................................................................................................................... 166
5.3. Xác định dạng sơ đồ và tính toán bộ khuếch đại trung tần....................... 171
1. Chọn sơ đồ ....................................................................................................... 171
2. Chọn tần số trung gian của máy thu............................................................. 172
3. Máy thu biến tần hai lần ................................................................................ 175
4. Thứ tự tính toán bộ khuếch đại nhiều tầng .................................................. 176
5.4. tuyến âm tần của máy thu.............................................................................. 178
1. Xác định dạng và các tham số cơ bản của bộ tách sóng: ............................ 178
5.5 Phân phối độ chọn lọc và hệ số khuếch đại giữa các tuyến của máy thu ... 183
Chơng 6 Điều chế và giải điều chế số................................................. 189
6.1. Điều chế số........................................................................................................ 189

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


5


1. Đặc điểm của điều chỉnh hệ số khuếch đại................................................... 222
2. Phơng pháp thay đổi hỗ dẫn của Transitor. .............................................. 225
3. Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại (TĐK) ............................................... 226
8.2. Điều chỉnh dải thông ...................................................................................... 238
2. Điều chỉnh dải thông nhờ bộ lọc tập trung.................................................. 242
3. Điều chỉnh dải thông nhờ bộ lọc thạch anh................................................. 243
4. Điều chỉnh dải thông bằng cách thay thế bộ lọc hay tuyến khuếch đại trung
gian....................................................................................................................... 247
5. Điều chỉnh tuyến dải thông tần thấp............................................................ 247
8.3. Tự động điều chỉnh tần số.............................................................................. 249
1. Công dụng và phân loại ................................................................................ 249
2. Những đặc trng cơ bản của các phần tử điều chỉnh .................................. 252
3. Phân tích chế độ công tác tuyến tính của hệ thống TĐT theo tần số......... 255
4. Công tác của hệ thống TĐT theo tần số trong chế độ thiết lập khi lệch cộng
hởng lớn. Dải giữ và dải bắt............................................................................. 260
8.4. Tự động điều chỉnh tần số theo pha (TĐF) ................................................... 265
1. Bộ tách sóng pha ............................................................................................. 265
2. Phơng trình cơ bản của hệ thống TĐF ....................................................... 267
3. Trạng thái xác lập của hệ thống TĐF ........................................................... 269
4. Dải đồng bộ của hệ thống TĐF...................................................................... 270
5. Vai trò và ảnh hởng của bộ lọc tần thấp trong hệ TĐF. ........................... 271
Tài liệu tham khảo.......................................................................................... 275

6


Lời nói đầu

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

thông. Cấu trúc của hệ thống thu phát phụ thuộc rất nhiều vào công dụng của
chúng. Trong các hệ thống phát thanh, phát hình một hệ thống phát có thể làm
việc với hàng chục vạn, hàng triệu máy thu. Trong các hệ thống thông tin có thể
một máy phát chỉ làm việc với một máy thu. Với các hệ thống thu phát đặt trên
các phơng tiện bay (máy bay, vệ tinh) thì cấu trúc của nó lại phụ thuộc vào yêu
cầu giảm nhỏ kích thớc và trọng lợng. Ngày nay, do sự phát triển của công
nghệ điện tử, những yêu cầu nh nâng cao số lợng, chất lợng tin tức cần truyền,
yêu cầu đảm bảo thông tin ổn định và không tìm kiếm đã đợc giải quyết và cấu
trúc của các thiết bị thu phát rất phức tạp. Tuy vậy những nguyên tắc cơ bản của
chúng cũng không thay đổi. Trong chơng này sẽ phân tích các chức năng, chỉ
tiêu chất lợng cơ bản của các thiết bị thu phát và phân thích sơ đồ máy thu phát
điển hình
1.1. sơ đồ Chức năng, chỉ tiêu chất lợng của máy phát

1. Sơ đồ chức năng và các phần cơ bản của máy phát
Sơ đồ và cấu trúc của thiết bị phát phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau: công
dụng, dải tần công tác, công suất; cấu trúc của thiết bị phát đợc xác định bằng
các chức năng cơ bản của chúng:
- Tạo dao động cao tần với công suất và tần số yêu cầu.
- Điều chế dao động cao tần bằng các tin tức cần truyền.
- Suy giảm các hài và dao động phụ mà tần số của chúng nằm ngoài dải tần
bức xạ cần thiết và có thể gây nhiễu cho các đài khác.
- Bức xạ dao động qua anten.
Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị phát có cấu trúc nh sau: (hình 1 - 1)

9


Mạch tạo dao động ổn định thờng là mạch dao động thạch anh và có thể
gọi là mạch dao động chuẩn để nhận đợc dao động tần số cao, mà tần số của nó

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

- Công suất ra, hiệu xuất
- Dạng và số lợng tín hiệu cần truyền
- Chất lợng điều chế tin tức
Dải tần công tác của máy phát (hay hệ thống viễn thông) phụ thuộc vào mục
đích sử dụng của chúng. Dải tần công tác sẽ quyết định hệ thống cộng hởng,
dạng dụng cụ sử dụng trong tuyến tần số cao của máy phát, máy thu.
Các thiết bị thu phát có thể làm việc trên một vài tần số cố định hay trong
một dải tần. Các máy phát thanh, phát hình thờng làm việc trên một vài tần số
(kênh). Các hệ thống thông tin di động làm việc trong một dải tần phù hợp. Còn
các hệ thống thông tin thờng căn cứ vào yêu cầu sử dụng sẽ làm việc trong các
dải tần số khác nhau. Hiện nay có những thiết bị thông tin dải tần làm việc từ vài
chục KHz đến vài GHz.
Với máy phát có hệ số bao tần rộng ( k d =

f max
), ngời ta chia dải tần công
f min

tác thành các băng tần. Việc phân chia này đợc dựa trên nguyên tắc đảm bảo
khả năng thực hiện của phần tử điều chỉnh tần số và giữ chỉ tiêu chất lợng đồng
đều trong dải tần nói chung và băng tần nói riêng.
Trong hệ thống thông tin hiện nay, độ ổn định tần số cao là một yêu cầu rất
quan trọng để đảm bảo thông tin không tìm kiếm và điều chỉnh trong quá trình
làm việc. Đồng thời chỉ tiêu này cũng quyết định đến số lợng đờng thông tin và
chất lợng truyền tin trong từng đờng.

11


Nh chúng ta đã biết, tần số của dao động tự do trong mạch dao động phụ

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

đại đa tới anten khi không điều chế, bức xạ liên tục. Trong những trờng hợp
riêng (phát tín hiệu xung, trong các hệ thống thông tin có sự thay đổi biên độ cao
tần) ngời ta có thể đa ra khái niệm công suất trung bình, công suất đỉnh. Khi
đánh giá chỉ tiêu công suất ra của máy phát, bao giờ ngời ta cũng tính hiệu xuất.

12


Hiệu xuất của máy phát đợc xác định theo công thức :
=

Pra
(%)
Po

Trong đó : (Pra ) công suất ra của tín hiệu cao tần máy phát

(P0 ) công suất tiêu thụ của toàn bộ máy phát
Với các máy phát đặt trên các phơng tiện mang vác, di động và khi công
suất ra lớn cần phải tăng hiệu xuất. Điều này sẽ làm tăng thời gian làm việc của
nguồn cung cấp, cũng nh tính kinh tế khi thiết kế các máy phát có công suất
lớn.
Một trong các chỉ tiêu cần đợc chú ý là mức điện áp tần số phụ. Để không
gây nhiễu các đài khác, tăng hiệu xuất (tập trung công suất vào tần số cần phát),
mức độ suy giảm các tần số phụ càng cao càng tốt. Việc suy giảm này đợc thực
hiện nhờ hệ thống lọc ở tầng ra máy phát.
Để tin tức cần truyền không bị méo, việc điều chế tín hiệu trong các bộ điều
chế và truyền tín hiệu đã điều chế qua các tầng của máy phát không đợc làm
méo dạng tin tức ban đầu. Đánh giá độ méo tin, theo hệ số méo đã biết. Ngoài
những chỉ tiêu cơ bản trên, ngời ta còn yêu cầu dải nhiệt độ, áp suất công tác,

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

tần số ảnh và tần số trung gian.
Tín hiệu có ích nhận đợc sau khi đợc khuếch đại bằng bộ khuếch đại cao
tần đa tới bộ trộn tần. Đồng thời đa tới bộ trộn tần có dao động ngoại sai với
tần số f ns . Trong bộ trộn tần ta sử dụng các phần tử không đờng thẳng hoặc
tham số để thực hiện nhiệm vụ trộn hai điện áp có tần số khác nhau : tín hiệu
( f th ) và ngoại sai ( f ns ). ở đầu ra bộ trộn tần ta đợc dòng điện có tần số tổ hợp.
f nm = mf th nf ns

14


Nếu ta sử dụng các bộ lọc có tần số cộng hởng ở một trong các tần số này
ta sẽ thu đợc điện áp tần số khác với tần số tín hiệu, gọi là tần số trung gian. Sau
bộ trộn tần là các tầng khuếch đại tần số trung gian.
Trong các máy thu hiện đại, thờng sử dụng hai lần trộn tần. Tần số trung
gian thứ nhất (sau bộ trộn tần thứ nhất) có thể thay đổi trong dải tần (khi đó tần
số ngoại sai thứ nhất cố định), còn tần số trung gian thứ hai cố định (tần số ngoại
sai thứ hai thay đổi trong một dải tần).
u điểm của việc sử dụng sơ đồ máy thu đổi tần và tần số trung gian cố
định:
- Phân phối độ khuếch đại của máy thu trên nhiều tần số công tác. Điều này
đảm bảo cho máy thu có độ ổn định cao và hệ số khuếch đại lớn.
- Tần số trung gian (có thể là tần số trung gian thứ hai) thấp và cố định. Khi
đó ta có thể sử dụng hệ thống mạch chọn lọc phức tạp để đảm bảo độ chọn lọc
cao và đặc tuyến chọn lọc theo yêu cầu. Đồng thời bộ KTG làm nhiệm vụ khuếch
đại tín hiệu tần số cao chủ yếu trong máy thu.
Sau tách sóng (giải điều chế) tín hiệu đợc bộ khuếch đại tần thấp (tần số
điều chế) tiếp tục khuếch đại để đa tới thiết bị cuối của máy thu.
Tuỳ thuộc vào công dụng của máy thu, thiết bị cuối có các dạng khác nhau:
loa, máy truyền chữ, máy fax, ống tia điện tử.

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

nhiễu có tần số này còn gọi là nhiễu đối xứng (hoặc ảnh). Vì tần số của nó đối
xứng với tần số tín hiệu qua tần số ngoại sai.
Để loại trừ (suy giảm) tác động của các loại nhiễu có tần số trùng với tần số
trung gian và tần số ảnh, cần phải dùng các bộ lọc trớc bộ trộn tần và lựa chọn
tần số trung gian cho phù hợp.
Khi nghiên cứu tác động của nhiễu đến hoạt động của máy thu ngời ta
phân hai trờng hợp:

16


Một: khi đầu vào tác động từng tín hiệu riêng rẽ. Khi đó độ chọn lọc do các
hệ thống chọn lọc giải quyết. Và ngời ta đa ra khái niệm chọn lọc một tín hiệu
(chọn lọc tuyến tính - do các hệ thống cộng hởng tuyến tính gây ra)
Hai: Trong thực tế làm việc của máy thu, đồng thời có nhiều tín hiệu tác
động, lúc đó ngời ta dùng khái niệm độ chọn lọc nhiều tín hiệu. Do trong các
mạch có sử dụng các phần tử không đờng thẳng, nên gây ra hiện tợng tin tức
điều chế tín hiệu nhiễu đồng thời điều chế cả tín hiệu có ích. Hiện tợng này
ngời ta gọi là điều chế giao thoa. Để giảm nhỏ tác dụng nhiễu giao thoa phải
giảm biên độ tín hiệu đầu vào và điểm làm việc cho phù hợp.
- Chỉ tiêu chất lợng tin tức thu đợc gồm có dải tần tin (với tín hiệu âm
thanh), tốc độ truyền tin (cho truyền tin tức điện báo), các đặc trng tín hiệu ảnh
và độ méo của các loại tín hiệu đó. Tuỳ thuộc vào thiết bị cuối, sẽ yêu cầu chỉ
tiêu đầu ra khác nhau (điện áp, công suất ). Độ méo tín hiệu ở đầu ra máy thu
thờng đợc đánh giá theo hệ số méo không đờng thẳng.
- Trong thực tế khi thu, cờng độ của tín hiệu thay đổi trong phạm vi rất
rộng, có thể đạt đến hàng triệu lần. Để giữ cho mức tín hiệu đầu ra không thay
đổi quá giới hạn cho phép, trong máy thu ngời ta sử dụng các mạch tự động điều
chỉnh hệ số khuếch đại (TĐK).
Ngoài các chỉ tiêu trên, trong máy thu cũng nh máy phát cần yêu cầu

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.

Bản chất tạp âm là các xung dòng điện cực ngắn do các hạt mang điện
chuyển động trong vật thể sinh ra, nên phổ của nó rất rộng và có thể coi là phân
bố đồng đều trong dải tần tín hiệu vô tuyến.
Tạp âm làm ảnh hởng đến sự hoạt động của thiết bị điện tử không kém gì
nhiễu bên ngoài. Do đó ta cần nghiên cứu nó để tìm cách khắc phục.

18


2.2 Các đặc trng thống kê của tạp âm
Bản chất tạp âm là những xáo động dòng điện hay điện áp sinh ra trong bất
kỳ vật dẫn điện nào, do sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các điện tử tự do trong
vật dẫn ấy.
Đồ thị điện áp hay dòng điện tạp âm (trong toán học ta gọi là những hiện
thực của hàm điện áp hay dòng điện tạp âm) với cùng những khoảng thời gian
bằng nhau là biểu hiện số hoàn toàn khác nhau.
Bởi vậy khi biết một số lớn các hiện thực, ta cũng không thể biểu diễn chính
xác đợc một hiện thực sau đó. Chúng lại rất hiếm giá trị cực đại, còn giá trị
trung bình của chúng thờng bằng không. Cho nên chỉ có thể đánh giá các điện
áp và dòng điện tạp âm bằng các đặc trng thống kê.
Để đơn giản, ta giả thiết tạp âm có giá trị tức thời của dòng điện điện áp
tuân theo quy luật phân bố chuẩn. Điều này về lý thuyết cũng nh thực nghiệm là
hoàn toàn có thể chấp nhận đợc.
Các đặc trng thống kê của tạp âm gồm có:
1. Giá trị trung bình của điện áp tạp âm U ta :
T

1
U ta = lim uta (t ) dt
T T

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

ý nghĩa hình học của nó là tổng đại số của các diện tích gạch sọc trên trục
hoành với diện tích dới trục hoành.
2. Mật độ phân bố xác suất P(u ta ) :
Vì phân bố chuẩn nên:

P (uta ) =

1
e
2
2 U ta



uta2
2U ta2

(2.1)

uta là giá trị tức thời của điện áp tạp âm

Trong đó:

U ta là giá trị hiệu dụng của điện áp tạp âm.

Về vật lý, nó nói lên khả năng (hoặc xác suất) suất hiện một giá trị biên độ
uta nào đó của điện áp tạp âm.
3. Giá trị trung bình của bình phơng điện áp tạp âm

U ta2 :


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


t

Hình 2- 2
4. Phơng sai của điện áp tạp âm D(u ta ) :


D ( u ta ) = u ta - U ta



2

(2.3)

ý nghĩa vật lý của D(u) là công suất trung bình của tạp âm toả ra trên điện
trở một đơn vị nếu không kể đến thành phần một chiều.
5. Hàm tự tơng quan của điện áp tạp âm:
Ơ

R(t1 ,t2 ) = u1 .u2 .P(u1 u2 ).du1 .du2

(2.4)

-Ơ

Nó nói lên sự tơng quan của điện áp tạp âm giữa hai thời điểm khác nhau
t1 ,t 2 .

Do tính chất dừng nên R(t1,t2) chỉ phụ thuộc = t2 t1 mà không phụ thuộc
vào giá trị cụ thể của t1, t2 . Do tính chất egôdich nên ta lại có thể thay phép lấy

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 ( ) =



(2.6)

Nó chính là công suất trung bình của điện áp tạp âm toả ra trên một điện trở
đơn vị ở trong một dải tần bằng 2 H z
Giữa R() và W() có mối liên hệ


R ( ) = W ( ).cos .d

(2.7)

0

Ta cũng thấy từ định nghĩa :


U = W ( ).d
2
ta

(2.8)

0

2

Trong thực tế ngới ta hay sủ dụng các đặc trng U ta và phổ năng lợng để
đánh giá trị tạp âm.
2.3. Sự truyền tạp âm qua mạng bốn cực tuyến tính.
Dải tạp âm tơng đơng

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






0

0

(2.9)

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


= w K

2
0


0

K 2 ( )
K

2
0

d = 2 w 0 K


(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:


2
U tara
= 2 w o K o2 Dta

(2.11)

Nếu vẽ đặc tuyến y(f) và y2(f), rồi vẽ hình chữ nhật sao cho phần diện tích
chấm chấm bằng phần diện tích gạch sọc, thì đáy hình chữ nhật đó chính bằng
Dta (hình 2 - 4). Nó có giá trị khác với dải thông của mạng bốn cực.

23


R

Hình 2 - 4

C

Hình 2 - 5

Về vật lý Dta là dải thông của một mạng bốn cực lý tởng (có đặc tuyến biên
độ tần số hoàn toàn chữ nhật) chiều cao K0, đáy Dta, cho ta ở đầu ra cùng một giá
trị trung bình bình phơng một điện áp tạp âm nh mạng bốn cực thông thờng.
Để dễ hiểu ta lấy ví dụ: Tính dải tạp âm tơng đơng cho bộ lọc RC
(hình 2.5).
Ta biết bộ lọc RC có đặc tuyến biên độ tần số chuẩn hoá:
y( f ) =


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


o

Nghĩa là ở đây Dta lớn gấp

df

1
D
=
=
0,7
2
4 RC
+ f2 2
D0,7


2

(2.14)

lần dải thông của bộ lọc.

Tính tơng tự cho mạch lọc LC ta cũng có thể nhận đợc kết quả:
Dta =


2


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.

Mạch điện tích cực (hay chủ động) là các mạch điện có chứa nguồn năng
lợng (nguồn dòng và nguồn áp), nh có chứa các đèn điện tử, điốt, transistor,
nguồn dao động ... thì gọi là mạch điện tích cực.
Mục này ta nghiên cứu tạp âm do các mạch điện thụ động sinh ra.
1. Tạp âm của điện trở thuần
Điện trở thuần (cũng nh dây dẫn) luôn có trong nó
các điện tử tự do ở trạng thái chuyển động nhiệt hỗn loại
giữa các mạng tinh thể. Tốc độ chuyển động của chúng
phụ thuộc vào nhiệt độ bản thân của điện tử, nghĩa là của
điện trở. Khi điện tử chuyển động, ta có một dòng điện
cực nhỏ tơng đơng chạy trong điện trở và do đó hai
đầu điện trở sẽ có một điện áp. Vì số điện tử rất lớn,
chuyển động của chúng rất ngẫu nhiên, nên điện áp ở hai
đầu điện trở do chúng tạo thành là tạp âm. Ta gọi là tạp

R

C

Uta

Hình 2 - 6
25


âm nhiệt của điện trở. Một điện trở chỉ không sinh tạp âm khi nó ở nhiệt độ 0o
tuyệt đối (-2730C).
2. Tạp âm của mạch RC
Để tính toán tập âm của mạch RC nh bên, ta hãy xét quan hệ năng lợng
đặc trng cho tạp âm nhiệt của mạch.

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


Từ phần trớc (2.14) ta có: Dta =

(2.18)
1
cho nên thay vào (2.18) ta đợc
4 RC

công thức Naiquist.

U ta2 = 4kT0 RDta

(2.19)

Cần lu ý là thông thờng ta lấy T0 = 3000K, coi nh nhiệt độ trong phòng.

U ta2

phụ thuộc Dta chính là vì mạch RC có đặc trng biên độ tần số nhất

định, nên nó chỉ cho tạp âm trắng của điện trở nằm trong vùng của đặc trng biên
độ tần số của nó tức là trong Dta qua.

26