Thiết kế máy thu BPSK

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNGKHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỒ ÁN 2 THIẾT KẾ MÁY THU BPSK SVTH Lê Duy Bình MSSV: 811089D Đặng Ngọc Anh MSSV: 811085D Hoàng Trọng An MSSV: 811079D GVHD Th.s Hoàng Mạnh Hà Lời cám ơn Trước hết chúng em xin cảm ơn thầy Hoàng Mạnh Hà đã tận tình hướng dẫn cũng như giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này . Giúp chúng em củng cố lại những kiến thức đã học và nâng cao hơn kiến thức của mình . Qua đồ án này chúng em hiểu rõ hơn thế nào là điều chế số đặc biệt là điều chế BPSK và nguyên lý hoạt động của từng khối mach trong máy thu BPSK .. Chúng em cảm ơn thầy đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài này ,có đươc những kiến thức quan trọng trong thực tiễn giúp chúng chúng em cảm thầy vững vàng hơn cho mục tiêu theo đuổi của mình . Đề tài : Thiết kế máy thu BPSK Các thông số : Tần số : RF 1 MHZ , IF 200 KHz Công suất thu từ Anten : -50dbm Trở kháng Anten : 50 Ohm Tốc độ dữ liệu : 10 kbp/s Điện áp nguồn : 12V Nhiệm vụ thiết kế : Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp điều chế BPSK Đưa ra sơ đồ khối. Tính toán thiết kế cho từng khối Mô phỏng từng khối thiết kế Kết hợp các khối thành một hệ cụ thể Phân tích , giải thích kết quả,đưa ra nhận xét Báo cáo Mục lục PHẦN 1 : SƠ LƯỢC MÁY THU Ñònh nghóa maùy thu : Maùy thu laø thieát bò ñaàu cuoái trong heä thoáng thoâng tin voâ tuyeán ñieän. Maùy thu coù nhieäm vuï tieáp nhaän vaø laëp laïi tin töùc coù chöùa trong tín hieäu chuyeån ñi töø maùy phaùt döôùi daïng soùng ñieän töø. Maùy thu phaûi loaïi boû caùc loaïi nhieãu khoâng mong muoán, khueách ñaïi tín hieäu mong muoán vaø sau ñoù giaûi ñieàu cheáù ñeå nhaän ñöôïc thoâng tin ban ñaàu. Maùy thu coù raát nhieàu tham soá, nhöng chuùng ta chuû yeáu chæ xeùt caùc chæ tieâu kyõ thuaät cô baûn cuûa maùy thu nhö sau : Ñoä nhaïy :bieåu thò khaû naêng thu tín hieäu yeáu cuûa maùy thu. Ñoä nhaïy ñöôïc xaùc ñònh baèng söùc ñieän ñoäng caûm öùng toái thieåu cuûa tín hieäu treân Anten ñeå ñaûm baûo maùy thu laøm vieäc bình thöôøng. Noù thöôøng ñöôïc ño baèng μV. Muoán naâng cao ñoä nhaïy cuûa maùy thu thì heä soá khuyeách ñaïi (Av, Ai) cuûa noù phaûi lôùn vaø möùc taïp aâm noäi boä cuûa noù phaûi thaáp (giaûm taïp aâm taàng ñaàu). ÔÛ sieâu cao taàn (f > 30MHz) ñoä nhaïy cuûa maùy thu thöôøng ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng suaát chöù khoâng phaûi baèng söùc ñieän ñoäng caûm öùng treân Anten. Ñoä choïn loïc :laø khaû naêng cheøn eùp caùc daïng nhieãu khoâng phaûi laø tín hieäu caàn thu. Noùi caùch khaùc, ñoä choïn loïc laø khaû naêng löïa choïn tín hieäu ra khoûi caùc loaïi nhieãu toàn taïi ôû ñaàu vaøo maùy thu. Chaát löôïng laëp laïi tin töùc : ñöôïc ñaùnh giaù baèng ñoä meùo cuûa tín hieäu (meùo phi tuyeán, meùo taàn soá, meùo pha).ÔÛ ñaây chuû yeáu chæ xeùt ñoä meùo ôû taàng khuyeách ñaïi coâng suaát aâm taàn ñeå sao cho tín hieäu ra loa ít bò bieán daïng so vôùi tín hieäu ñöa tôùi boä ñieàu cheá cuûa maùy phaùt. Daõy taàn cuûa maùy thu : laø khoaûng taàn soá maø maùy thu coù theå ñieàu chænh ñeå thu ñöôïc tín hieäu vôùi caùc chæ tieâu kó thuaät theo yeâu caàu. Ngoaøi ra ta coøn phaûi xeùt ñeán caùc yeáu toá chæ tieâu kyõ thuaät khaùc cuûa maùy thu nhö Pra, tính oån ñònh bieân ñoä vaø taàn soá,… Sô ñoà khoái toång quaùt cuûa maùy thu : Phaân loaïi maùy thu : maùy thu ñöôïc phaân laøm 2 loaïi chính sau: out Maïch vaøo KÑ AÂm taàn Giaûi ñieàu cheá Maïch KÑ RF Maùy thu khueách ñaïi tröïc tieáp : Taàng KÑ cao taàn coù nhieäm vuï khueách ñaïi tröïc tieáp caùc tín hieäu ñaõ ñöôïc choïn töø maïch vaøo ñeå ñöa tín hieän coù möùc ñieän aùp töông ñoái lôùn cung caáp cho taàng giaûi ñieàu cheá, nhôø ñoù giaûm bôùt ñoä meùo cuûa tín hieäu aâm taàn. Maùy thu daïng naøy ñôn giaûn, deã daøng laép raùp, nhöng ñoä nhaïy vaø ñoä choïn loïc vaãn coøn keùm, khoâng oån ñònh . Vieäc naâng cao ñoä nhaïy vaø ñoä choïn loïc cuûa maùy thu naøy bò haïn cheá sau : Soá taàng khueách ñaïi khoâng theå taêng leân moät caùch tuyø yù vì : Soá taàn caøng taêng thì tính oån ñònh cuûa maïch khuyeách ñaïi cao taàn RF caøng giaûm. Soá taàn caøng taêng thì soá maïch coäng höôûng cuõng taêng, heä thoáng ñieàu chænh coäng höôûng phöùc taïp, coàng keành, ñaét tieàn. Taàn soá cao khoù ñaït ñöôïc heä soá khueách ñaïi lôùn. Taàn soá caøng cao thì daûi thoâng caøng roäng, laøm giaûm ñoä choïn loïc cuûa maùy thu. Muoán coù daûi thoâng heïp phaûi duøng maïch coäng höôûng coù heä soá phaåm chaát cao nhöng coù theå gaây meùo tín hieäu. Do khoâng duøng ñöôïc caùc heä thoáng coäng höôûng phöùc taïp neân khoâng coù khaû naêng ñaït ñaëc tuyeán taàn soá coù daïng lyù töôûng. Maùy thu ñoåi taàn : Maïch vaøo KÑ cao taàn Ñoåi taàn KÑ trung taàn Taùch soùng KÑCS AÂm taàn out Daïng maùy thu naøy coù theâm khoái ñoåi taàn vaø khoái KÑ trung taàn. Tín hieäu cao taàn ñaõ ñieàu cheá (AM, FM, PM) nhaän ñöôïc töø Antena qua maïch vaøo (boä loïc baêng thoâng), qua boä khueách ñaïi cao taàn RF, ñöôïc ñöa vaøo boä ñoåi taàn ñeå bieán ñoåi thaønh moät taàn soá tín hieäu khaùc goïi laø taàn soá trung gian, nhöng qui luaät ñieàu cheá khoâng ñoåi ( coøn goïi laø trung taàn). Tín hieäu trung taàn thöôøng ñöôïc giöõ coá ñònh khi taàn soá tín hieäu thay ñoåi (thu caùc ñaøi khaùc nhau) vaø thöôøng ñöôïc choïn thaáp hôn taàn soá tín hieäu ñaàu vaøo ñeå taêng ñoä oån ñònh taàn soá. Sau ñoù ñöôïc ñöa vaøo boä khueách ñaïi trung taàn roài ñöa ñeán maïch taùch soùng. Thöïc chaát cuûa boä ñoåi taàn laø thöïc hieän pheùp nhaân taàn soá. Noù bao goàm moät boä dao ñoäng noäi taïo ra taàn soá trung gian vaø moät boä troän taàn. Boä troän taàn naøy coù theå laø moät phaàn töû phi tuyeán hay tuyeán tính coù caùc tham soá bieán thieán tuaàn hoaøn. So vôùi daïng maùy thu khueách ñaïi tröïc tieáp, maùy thu ñoåi taàn coù öu ñieåm sau : Coù theå duøng nhieàu taàng khueách ñaïi trung gian (8 – 10 taàng) ñeå coù theå ñaït tôùi heä soá khueách ñaïi toaøn maùy cao maø vaãn ñaûm baûo tính oån ñònh cuûa maùy thu (do taàn soá tín hieäu ñöôïc haï xuoáng trung taàn).. Maïch coäng höôûng coù keát caáu ñôn giaûn. Coù theå ñaït ñoä choïn loïc cao Acn"1. Beân caïnh ñoù thì maùy thu ñoåi taàn vaãn toàn taïi moät soá nhöôïc ñieåm : Keát caáu phöùc taïp. Möùc taïp aâm noäi boä cao do coù khoái ñoåi taàn. Xuaát hieän moät soá nhieãu khoâng mong muoán : nhieãu aûnh, nhieãu loït thaúng, nhieãu taàn soá laân caän,… Caùc khoái trong maùy thu : Anten : Antena laø moät thieát bò khoâng theå thieáu cuûa maùy thu, khoâng coù Antena thì khoâng theå thu ñöôïc tín hieäu. Nhieäu vuï cuûa Antena laø tieáp nhaän naêng löôïng soùng ñieän töø do maùy phaùt phaùt ra roài ñöa tôùi maïch vaøo cuûa maùy thu. Trong thöïc teá muoán giaûm bôùt taïp aâm beân ngoaøi (nhieãu khoâng mong muoán) thì ta phaûi löïa choïn Antena coù ñoä ñònh höôùng cao. Maïch vaøo : Maïch vaøo laø maïch ñieän noái lieàn Anten vôùi taàng vaøo ñaàu tieân cuûa maùy thu . Noù coù nhieäm vuï chuyeån tín hieäu cao taàn nhaän ñöôïc töø Anten thu ñeán taàng ñaàu tieân vaø ñaûm nhieäm moät phaàn ñoä choïn loïc cuûa maùy thu. Maïch vaøo goàm 3 phaàn: Heä thoáng coäng höôûng (ñôn hoaëc keùp) coù theå ñieàu chænh ñeán taàn soá caàn thu. Maïch gheùp vôùi nguoàn tín hieäu cuûa maïch vaøo (Anten). Maïch gheùp vôùi taûi cuûa maïch vaøo (taàng KÑ cao taàn ñaàu tieân). Caùc chæ tieâu kyõ thuaät cuûa maïch vaøo : Heä soá truyeàn ñaït : laø tyû soá giöõa ñieän aùp ra cuûa maïch vaøo ñieàu chænh coäng höôûng ôû moät taàn soá naøo ñoù vaø söùc ñieän ñoäng caûm öùng treân Anten (EA) : Vôùi AMV caøng lôùn thì heä soá khuyeách ñaïi chung toaøn maùy caøng lôùn. Ñoä choïn loïc : Daûi thoâng D Taàn ñoaïn laøm vieäc :phaïm vi ñieàu khieån maïch maïch vaøo töø fomin – fomax (Amin – Amax). Caùc maïch gheùp Anten vôùi maïch coäng höôûng vaøo : Maïch coäng höôûng gheùp ñieän dung trong vôùi Anten : Maïch naøy coù heä soá truyeàn ñaït Av = const , nhöng Av vaø Ap thaáp , heä soá maéc maïch phuï thuoäc vaøo taàn soá, do ñoù thöôøng thì Cgh >> C ñeå C quyeát ñònh taàn soá cuûa maïch coäng höôûng. Daïng maïch naøy thöôøng duøng trong caùc boä khueách ñaïi taàn soá trung gian. Maïch coäng höôûng gheùp bieán aùp töï ngaãu vôùi Anten : Daïng maïch naøy coù ñoä gheùp raát chaët (), cho neân .Voi sieâu cao taàn thì heä soá taïp aâm nhoû. Vì vaäy caùch gheùp naøy thöôøng duøng ôû taàn soá sieâu cao, ngoaøi ra coøn duøng vôùi boä khueách ñaïi duøng Transistor ñeå toån hao coâng suaát maïch vaøo ít. Maïch coäng höôûng gheùp bieán aùp vôùi Anten : Daïng maïch naøy duøng nhieàu trong maùy thu. Ñoä gheùp giöõa Antena vaø maïch coäng höôûng quyeát ñònh bôûi hoå caûm M chöù khoâng phaûi do Lgh. Gheùp hoå caûm thì heä soá truyeàn ñaït phu thuoäc vaøo taàn soá, coøn ñoä gheùp khoâng phuï thuoäc vaøo taàn soá, neân thöôøng duøng trong maïch khueách ñaïi cao taàn RF. Maïch khueách ñaïi cao taàn : Maïch KÑCT coù nhieäm vuï KÑ tín hieäu ñaõ ñieàu cheá cao taàn ñeán moät giaù trò nhaát ñònh ñeå ñöa vaøo maïch ñoåi taàn. Taûi laø ñieän trôû : Heä soá KÑ cuûa taàng seõ töông ñoái ñoàng ñeàu ñoái vôùi moïi taàn soá. Taàn soá caøng cao thì heä soá KÑ caøng giaûm nhöng khoâng nhieàu. Neáu tieán tôùi taàn soá caét thì heä soá KÑ seõ giaûm nhanh. Taûi laø cuoän caûm : Taàn soá caøng cao thì heä soá KÑ cuûa taàng caøng cao nhöng taàn soá ñoù cuõng khoâng theå vöôït quaù taàn soá caét, beân caïnh ñoù coøn bò haïn cheá bôûi ñieän dung cuûa cuoän caûm. Taûi laø maïch coäng höôûng : Heä soá KÑ seõ lôùn nhaát ôû taàn soá coäng höôûng cuûa maïch vaøo fo, coøn ôû caùc taàn soá laân caän thì heä soá KÑ giaûm daàn. Taàn soá coäng höôûng coù theå ñieàu chænh ñöôïc nhö trong maùy thu KÑ tröïc tieáp. Toùm laïi heä soá KÑ cuûa maïch coù taûi laø maïch coäng höôûng lôùn hôn nhieàu so vôùi maïch coù taûi laø ñieän trôû, cuoän caûm. Maïch ñoåi taàn : Ñoåi taàn laø quaù trình dòch chuyeån tín hieäu ñaõ ñieàu cheá ôû daïng cao taàn thaønh tín hieäu coù taàn soá thaáp hôn (taàn soá trung taàn khoâng ñoåi) nhöng vaãn giöõ nguyeân caáu truùc phoå cuûa noù (daïng tín hieäu ban ñaàu). Ñoåi taàn coøn goïi laø troän taàn, coù kyù hieäu daáu nhaân. Caùc thoâng soá cô baûn boä ñoåi taàn : Ñoä hoã daãn ñoåi taàn : Ñoä lôïi ñoåi taàn : Ñieän daãn ñoåi taàn : Ñoä lôi coâng suaát ñoåi taàn : Maïch KÑ trung taàn : Laø maïch KÑ coäng höôûng coù nhieäm vuï KÑ tín hieäu sau boä ñoåi taàn ñuû lôùn ñeå ñöa vaøo boä taùch soùng ( giaûi ñieàu cheá ) do möùc tín hieäu sau ñoåi taàn khoaûng <1mV, trong khi haàu heát caùc boä giaûi ñieàu cheá AM, FM, PM yeâu caàu möùc tín hieäu khoaûng 1V. Maïch taùch soùng : Taùch soùng laø taïo neân tín hieäu taàn soá thaáp, laëp laïi quy luaät ñieàu cheá cuûa tín hieäu cao taàn maø maùy thu nhaän ñöôïc. Neáu tín hieäu cao taàn ñöôïc ñieàu cheá bieân ñoä thì ôû maùy thu ta phaûi duøng boä taùch soùng bieân ñoä; coøn neáu tín hieäu cao taàn ñöôïc ñieàu cheá taàn soá thì ôû maùy thu ta phaûi duøng boä taùch soùng taàn soá. Nguyeân taéc taùch soùng taàn soá ( taùch soùng pha) laø chuyeån bieán thieân veà taàn soá (hoaëc pha) thaønh bieán thieân veà bieân ñoä roài duøng boä taùch soùng bieân ñoä ñeå taùch soùng. Nhieäm vuï chuû yeáu cuûa boä taùch soùng laø rôøi phoå töø mieàn taàn soá cao veà mieàn taàn soá thaáp vaø ñoàng thôøi laøm bieán ñoåi cô caáu phoå cuûa tín hieäu. Muoán thöïc hieän vieäc rôøi phoå ta phaûi duøng phaàn töû phi tuyeán (diode, transistor, FET,…) hoaëc phaàn töû tuyeán tính coù tham soá bieán ñoåi tuaàn hoaøn theo thôøi gian. Điều chế số và giải điều chế số : Caùc lôïi ñieåm cuûa ñieàu cheá : Ñieàu cheá cho pheùp taêng hieäu suaát thoâng tin : nhôø ñaëc tính dòch phoå leân taàn soá cao, tín hieäu soùng mang ñeã daøng ñöôïc truyeàn ñi xa hôn, caùc anten phaùt vaø thu coù kích thöôùc nhoû. Chaúng haïn neáu soùng mang coù taàn soá 100 Hz thì anten phaûi coù kích thöôùc 300 km, trong khi soùng mang ôû taàn soá 100 Mhz thì anten chæ coù kích thöôùc döôùi 1m. Ñieàu cheá cho pheùp taêng baêng thoâng tin : vì taàn soá soùng mang thöôøng raát cao neân tín hieäu soùng mang ñaõ ñieàu cheá coù daûi baêng thoâng coù theå roäng hôn nhieàu laàn so vôùi daûi taàn soá cuûa tín hieäu ñieàu cheá . Ñieàu cheá cho pheùp giaûm nhieãu vaø can nhieãu : ñieàu cheá soùng mang cho pheùp giaûm thieåu aûnh höôûng cuûa can nhieãu maø khoâng taêng coâng suaát phaùt. Ñieàu cheá cho pheùp gaùn taàn soá phaùt . Ñieàu cheá cho pheùp gheùp keânh: gheùp keânh ñöôïc thöïc hieän khi ta muoán truyeàn ñi nhieàu tín hieäu tin töùc khaùc nhau, töø nhieàu nguoàn phaùt tin khaùc nhau ñeán nhieàu nôi nhaän tin khaùc nhau, söû duïng cuøng 1 moâi tröôøng truyeàn. Điều chế số là phương thức điều chế đối với tín hiệu số mà trong đó hai hay nhiều thông số của sóng mang thay đổi theo sóng điều chế . Hay nói cách khác đó là quá trình gắn tin tức (sóng điều chế ) vào một dao đọng cao tần (sóng mang) nhờ biến đổi 1 hay nhiều thông số nào đó của sóng mang cao tần theo tin tức. Thông qua điều chế số , tin tức ở vùng tần số thấp sẽ được truyền lên vùng tần số cao để có thể truyền đi xa Giả sử có 1 sóng mang hình sin: x0(t)=A.cos(+) A: biên dộ sóng mang =2 : tần số góc của sóng mang f0 : tần số dao động của sóng mang : pha của sóng mang Tùy theo các thông số được sử dụng để mang tin có thể là : biên dộ A , tần số f0 , pha hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau : ASK,FSK,PSK,QAM… Điều chế khoá dịch biên độ ASK(Ampitude Shift Keying) : sóng điều biên được tạo ra bằng cách thay đổi biên độ sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc. Điều chế khoá dịch tần số FSK(Frequency Shift Keying) : sóng điều tần được tạo ra bằng cách thay đổi tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc. Điều chế khoá dịch pha PSK(Phase Shift Keying) : sóng điều tần được tạo ra bằng cách thay đổi pha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc. Điều chế vừa kêt hợp biên độ và pha hay điều chế cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Giải điều chế số: Giải điều chế là quá trình ngược lại với quá trình điều chế .Trong quá trình thu được có một trong các tham số : biên độ, tần số,pha của tín hiệu sóng mang được biến đổi theo tín hiệu điều chế và tùy theo phương thức điều chế mà ta có được các phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết. PHẦN 2 : ĐIỀU CHẾ PSK PSK là một dạng điều chế pha PM – có một số kiểu điều chế pha Giả sử có sóng mang được biểu diễn: x0(t)=A.cos(+) Biểu thức tín hiệu gốc :s(t) là tín hiệu nhị phân (0,1) hay là chuỗi NRZ Khi đó tín hiệu điều chế PSK : có dạng P(t)= cos(++ [s(t).]/2) Trong đó =2/n là sự sai pha giữa các pha lân cận của tín hiệu Điều chế và giải điều chế BPSK : Với n=2 , =, thì ta có kiểu điều chế 2-PSK hay BPSK P(t)= cos(++ s(t) ) Điều chế BPSK Tín hiệu băng gốc là xung lưỡng cực NRZ và sơ đồ điều chế này sử dụng 1 trong 2 pha lệch nhau 1800 và được gọi là BPSK Với bit 1: P(t)= cos(++ ) Với bit -1: P(t)= cos(+-) Như vậy biên độ của tín hiệu BPSK không đổi trong quá trình truyền dẫn nhưng bị đổi trạng thái Binary data output Giải điều chế BPSK LPF sinwct BPSK input +/- (sinwct) Balance Modulator Phục hồi sóng mang nhất quán Tín hiệu BPSK ngõ vào dạng +/-sinwct. Sóng mang phục hồi sinwct. Giả sử tín hiệu BPSK vào + sinwct (logic1). Ngõ ra bộ điều chế cân bằng : (Sinwct) .(sinwct) = sin2wct = 1/2 – 1/2cos2wct Thành phần tần số cao 2wct bị loại khỏi LPP , chỉ còn phần một chiều Vdc/2 tương ứng mức logic 1 . Tương tự nếu ngõ vào là – sinwct (logic 0) ; ngõ ra LPF là – Vdc/2 là mức (logic 0). M-ary encoding : Mary là thuật ngữ có được từ chữ “binary”. M có nghĩa là số bit biểu diễn số trạng thái có thể. Ví dụ BPSK,FSK có hai trạng thái ngõ ra tương ứng với mức logic 0 và 1 ngõ vào, M-ary của hệ thống là m=2 .Trong điều chế số thường dùng ưu thế của mã hóa cao hơn nhị phân (binary). Ví dụ mẫu điều chế PSK có 4 trạng thái pha ngõ ra (M=4) hoặc 8 trạng thái pha (M=8). Gọi N là số bit. M là số trạng thái ngõ ra của N bit vào ta có công thức N = log2M DPSK Tạo DPSK DPSK (diferential PSK) – một dạng BPSK, trong đó dữ liệu nhị phân ngõ vào điều chế cân bằng chứa đựng dự khác nhau giữa hai tín hiệu liên tiếp. Bản thân DPSK là sóng mang chuẩn. Giải điều chế DPSK không cần phục hồi sóng mang. Bộ điều chế cân bằng tương tự ở BPSK. Khi ngõ vào của nó ở mức logic 1 tạo nên kí hiệu sinwct ngõ ra, khi ngõ vào ở mức logic 0 tạo nên ngõ ra tín hiệu - sinwct . Giải điều chế DPSK PHẦN 3 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Mạch vào Hệ số ghép đầu vào: EA = (P*RA)1/2 = (10-8*50)1/2 = 707 uV m==0.3 = 0,3+0,3 Tầng khếch đại thứ 1: = 3 W = 25 V Chọn TST Q1 : BFP420 fT = 300 MHz = 0,025A =25mA = 100 Khi đó : == 3 MHz Suy ra : 0.3=0.9MHz < f0=1MHz < 3=9MHz Do đó mạch làm việc ở tần số trung bình Chế độ DC: = 0.5mA = 100 = 0,7 V VR3 = 0.1*VCC=0.1*12=1.2V Suy ra R3 = = = 2400 Ω Chọn R3 = 2.7 K Ω VBB1= *RB1 + VBE1 + VR3 Mà RB1 = R3*hfe1 = *2700*100 = 27000 Ω Suy ra VBB1 = *27000 + 0.7 + 1.2 = 2.035 V → R1 = = = 32513.8 Ω Chọn R1 = 33 KΩ → R2 = *RB1 = *27000 = 159213.8 Ω Chọn R2 = 150 KΩ Chế độ AC : Sơ đồ tương đương : C5 L g02 Vb’e1gm1 rb’e1N21 RB1N21 Ctđ1 go1 L CAm2 gAm2 EAgAm2 Chọn ZC4 << R3 ↔ ZC4 = = = 270 Suy ra C4 >> = = 589.4 pF Chọn C4 = 680 pF Tương tự ZC3 << RB1 ↔ ZC3 = =2700 Suy ra C3 >> = = 58.94 pF Chọn C3 = 68 pF Với f0 = 1 MHZ xem anten siêu cao tần họat động trong khoảng tần số hẹp nên chọn các thông số anten như sau : CA = 50 pF rA = 50 Ω LA = 10 uH Điện dẫn tương của khung công hưởng : g01 = = = = 1,989.10-4 (1/Ω) → Rtđ1 = = 5026.5 Ω Điện dẫn của Anten : gA = = = = 10-3 (1/ Ω) Suy ra RA = 1K Ω Tính tóan các giá trị tụ trong mạch : Cb’1 = Cb’e1 + CM1 Mà CM1 = Cb’c1*(1 + gm1*Rtđ1) gm1 = 40*ICQ1 = 40*0.5*10-3 = 0.02 Cb’c1 = 1 (pF) → CM1= 10-12(1 + 0.02*5026,5) = 101,53 pF Suy ra Cb’e1 = rb’e1 = = = 5000 Ω → Cb’e1 = = 10,61 pF → Cb’1 = 101,53 + 10,61 = 112,14 pF Theo giả thuyết : C’1 = = = 2533 pF Mà C’1 = Ctđ1 + m2CA + Chọn N1 = 2 Suy ra Ctđ1 = C’1 - m2CA - → Ctđ1 = 2533 – 0.32*50 - = 2500 pF Từ hệ phương trình : (1) Ctđ1 = = 2500 (2) Thế (1) vào (2) ta được : C2 – 2500. =0 → C2 = 42175.56 Suy ra C2 = 8333,3 pF C1 = 19444,4 pF Chọn C1 = 22 nF C2 = 8,2 nF Độ lợi dòng và áp : Độ lợi dòng : Ai1 = -a1*gm1*R’1 = - Mà R’1 = rb’e1*(N1)2//RB1*(N1)2//Rtđ1//RA*m2 ↔ = + + + ↔ = + + + Suy ra R’1 = 88 Ω → Ai1 = -= - 0.88 Dòng vào : ii = EA*m2*gA = 707*10-6*0.32*0.02 = 1,2726.10-6 A Dòng ra : i01 = i1*Aí1 = 1,2726.10-6 *0.88 = 1,2.10-6 A Áp ra : Vo1 = io1*Rtđ1 = 1,2.10-6 *5026.5 = 6,03 mV Tầng khếch đại thứ 2: = 0.5 W = 25 V Chọn TST Q2 : BFP420 = 300 MHz = 25 mA = 100 Khi đó : == 3 MHz Suy ra : 0.3 < f0 < 3 Do đó mạch làm việc ở tần số trung bình Chế độ DC: = 10 mA = 100 = 0,7v VR6 = 0.1VCC= 0.1*12 = 1.2 V Suy ra R6 = = = 120 Ω Chọn R6= 120 Ω VBB2= *RB2 + VBE2 + VR6 Mà RB2 = R6*hfe2 = *120*100 = 1200 Ω Suy ra VBB2 = *1200 + 0.7 + 1,2 = 2,02 V → R4 = = = 1442,8 Ω Chọn R4 = 1.5 KΩ → R5 = *RB2 = *1200 = 7128,7 Ω Chọn R5 = 7,5 KΩ Chế độ AC : Sơ đồ tương đương : C8 L g03 Vb’e2gm2 rb’e2N22 Rb2N22 C5 g02 L Vb’e1gm1 Chọn ZC7 << R6 ↔ ZC7 = = 12 Suy ra C7 ≥ = = 1,326.10-8 Chọn C7 = 15 nF Tương tự ZC6 << RB2 ↔ ZC6 = = 120 Suy ra C6 >> = = 1,326.10-9 Chọn C6 = 1.5 nF Điện dẫn tương của khung công hưởng : g02 = = = = 1,9894.10-4 (1/Ω) → Rtđ2 = = 5026,5 Ω Tính tóan các giá trị tụ trong mạch : Cb’2 = Cb’e2 + CM2 Mà CM2 = Cb’c2*(1 + gm2*Rtđ2) gm2 = 40*ICQ2 = 0.4 Cb’c2 = 1 (pF) → CM2= 10-12(1 + 0.4*5026,5) = 2011,6 pF Mà Cb’e2 = rb’e2 = = 250 → Cb’e2 = = 212,2 pF → Cb’2 = 2011,6 + 212,2 = 2223,8 pF Theo giả thuyết : C’2 = = = 2533 pF Mà C’2 = C5 + Suy ra C5 = C’2 - = 2533 - Chọn N2 = 2 Suy ra C5 = 2477,05 pF Chọn C5 = 2,2 nF Độ lợi dòng và áp : Độ lợi dòng : Ai2 = -a2*gm2*R’2 = - Mà R’2 = rb’e2*(N2)2//RB2*(N2)2//Rtđ2 ↔ = + + ↔ = + + Suy ra R’2 = 710,6 Ω → Ai2 = - = - 142 Dòng ra : i02 = i01*Aí2 = 1,2.10-6 *142 = 1,704.10-4 Áp ra : Vo2 = io2*Rtđ2=1,704.10-4*5026,5 = 0,85 V Mạch dao động : Chế độ DC Khi transistor hoaït ñoäng ôû cheá ñoä baûo hoaø thì suit aùp treân noù laø 0,2v = -0,2V=11,8V =>=0,3. =3,3.11,8= 3.45V Choïn: = 10mA Vaäy: = = 354 choïn R10 = 390 Vôùi: = 101 x 390 = 3939 VBB3 = *RBQ3 + 0.7 + VR10 = 4,6339 =3939 = 10,03 K Chọn R9 = 10 K =6,48 K Choïn R8 = 6,8 K Cheá ñoä AC: Choïn: = 1 uH =321,44 maët khaùc: 4,126.10-10 Choïn = 4,7 nF Ta có w0 = Suy ra Ctđ = = 17,6 nF Chọn C0=40 nF Ñeå maïch hoaït ñoäng oån ñònh ta coù theå choïn: = 1nF Ta có : ==> = - - Suy ra C11 = 45,8 nF Chọn C11 = 47 nF Độ lợi hồi tiếp : B = = 0,458 Ta có : A = Với Rc = B2*(RB//hie) = 0,4582*321 = 67,33 Suy ra A = = 19,2 Suy ra A.B=0,458*19,2 = 8,8 > 1 Suy ra thỏa điều kiện là mạch dao động ZC13 << R10 Suy ra C13 = = 3,4n Chọn C13 = 4,7 n BỘ LỌC THÔNG DÃI : Hàm truyền H(s) = H(jwo) = = = Qo Qo = 80 R7 = 330 Suy ra L1 = = 32,8 mH Chọn L2 = 33 mH Mặt khác wo = Suy ra C10 = = = 46,8 pF Chọn C10 = 47 pF Chọn C = 1n TẦNG KHUẾCH ĐAI IF : Tính toán tương tự như tầng 2 nhưng tần số lúc này là 200 Khz hfe = 100 VCEQ = 2.5 V Chọn TST Q4 Q2N2222 ICQ = 0,5 mA R13 + R14 = = Chọn R13 = 12 K Suy ra R14 = 6,8 K VBB = R13*ICQ4 + 0,7 = 6,7 V RB = 1/10*100*R13 = 120 k R11 = = =270 K R12 = *RB = 200 K Chọn R12 = 220 K Ta có ZC13 << R13 Suy ra C13 = = 66 pF Chọn C13 = 68 pF MẠCH CHỈNH LƯU VL = VS – Vf VS = RL là trở kháng ngõ vào của vòng khóa pha SIG_IN ( chân 14 ) Chọn RL = 1,2 M chọn N4 = 2 và VL = 2 Suy ra 2 = Suy ra R15 = 1,6 KΩ Chọn R15 = R16 = 1,5 KΩ BỘ SO PHASE: Dùng IC 4046: Chọn băng thông Ñieân trôû R17 vaø C15 cho ta xaùc ñònh boä loïc thoâng thaáp, ta choïn tần số laø 40khz ( 4 laàn baêng thoâng) Choïn C15= 1n Suy ra: = 3978,8 Chọn R17 = 5 K R18 vaø C16 xaùc ñònh taàn soá dao ñoäng cuûa VCO. Taàn soá tín hieäu vaøo laø 400 KHz suy ra taàn soá VCO laø 400KHz. Choïn C16=1nF Suy ra: = 397,88 Chọn R18 = 390 Tín hieäu vaøo laø chaân 14, ñöôïc pll bieán thaønh tín hieäu soá, möùc 0 70%( Vdd-Vss). Qua boä so phase trong ic cho ra ñieän aùp 1 chieàu ôû ngoû comp1 out ( chaân 2), qua boä loïc thoâng thaáp ñeå laáy tín hieäu bieán thieân chaäm ñeå ñöa vaøo VCO in ( chaân 9), tín hieäu ñöôïc ñuï vaøo khoái vco trong ic ñeå taïo tín hieâu coù cuøng taàn soá vôùi tín hieäu vaøo, ñöôïc dao ñoäng bôæ R8 va C7 (ngoû 11, 6, 7) vaø ngoû ra laøVCO out (chaân 4) vaø ñöôïc ñöa vaøo ngoû comparator in (chaân 3). Ta laáy tín hieäu ngoõ ra ôû chaân VCO out (chaân 4), tin hieâu ra laø xung vuoâng coù cuøng taàn soá vaø phase vôùi tín hieäu vaøo, möùc bieân ñoä laø 0-5 V Vì tín hieäu laø 0 vaø 5V neân choïn Vdd=5V vaø Vss= 0 V. BOÄ CHIA 2: Ta söû duïng flip flop noái nhö hình veõ: Tín hieäu töø VCO vaøo chaân 1 vaø ngoû ra laø chaân 5.Tần số ngõ ra VCO out sẽ được chia 2 = 200 kHZ BOÄ DÒCH BIEÂN ÑOÄ: Do tín hieäu töø pll laø 0 và 5V neân ta dòch möùc thaønh +5V vaø -5V baèng caùch cho tín hieäu so saùnh vôùi 2.5v neáu > 2.5v laø +5v vaø <2.5v laø -5v baèng caùch qua opamp Chọn R19 = R20 = 1K để làm cầu phân áp để so sánh áp với 2.5V KHỐI NHÂN TÍN HIỆU : Tín hiệu xung vuông từ ngõ ra của bộ dịch biên độ (PLL) sẽ được nhân với tín hiệu BPSK ở trung tần BỘ LỌC THÔNG DÃI TỪ 195kHz – 205 KHz ĐỂ LỌC RA DATA : Ta cho tín hieäu cuûa bpsk vaø töø pll nhaân vôùi nhau ñeå ñöôïc tín hieäu daïng data Ta có ngõ ra của mạch BPSK : sinwat.sinwct Ta có R = 10 Kbps , fc = 200 KHz (tần số trung tần) Suy ra sin2P(10:2 KHz)t + sin2P(200KHz)t = ½[cos2P(200KHz-5KHz)t – cos2P(200KHz + 5KHz)t] Suy ra tần số thấp nhất của BPSK = 200 – 5 = 195 KHz Tần số cao nhất = 200 + 5 = 205 KHz Suy ra băng thông : 205KHz – 195KHz = 10 KHz Chọn C17 = C18 = 1nF =816,18 Chọn R21 = 820 = 776,36 Chọn R22 = 750 MẠCH SỮA DẠNG : Söû duïng maïch so saùnh opamp sa saùnh vôùi 0V Chọn R22 = R23 = 1K