Máy thu_Chương 3
Máy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vỏ truyền điện. Máy thu có nhiệm vu tiếp nhiện và lặp lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyể đi từ máy phát dưới dạng sóng điện từ trường.
31
Ch−¬ng 3
M¸y thu
3.1 §Þnh nghÜa vμ ®Æc ®iÓm cña m¸y thu
3.1.1 §Þnh nghÜa
M¸y thu lμ thiÕt bÞ ®Çu cuèi trong hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn ®iÖn. M¸y thu
cã nhiÖm vô tiÕp nhËn vμ lÆp l¹i tin tøc chøa trong tÝn hiÖu chuyÓn ®i tõ m¸y ph¸t
d−íi d¹ng sãng ®iÖn tõ tr−êng. M¸y thu ph¶i lo¹i bá ®−îc c¸c lo¹i nhiÔu kh«ng
mong muèn, khuÕch ®¹i tÝn hiÖu vμ sau ®ã gi¶i ®iÒu chÕ nã ®Ó nhËn ®−îc th«ng
tin ban ®Çu. M¸y thu cã rÊt nhiÒu tham sè, nh−ng chóng ta chñ yÕu chØ xÐt c¸c
chØ tiªu kü thuËt c¬ b¶n cña m¸y thu nh− sau:
3.1.2 §Æc ®iÓm m¸y thu
3.1.2.1 §é nh¹y
BiÓu thÞ kh¶ n¨ng thu tÝn hiÖu yÕu cña m¸y thu, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng søc ®iÖn
®éng c¶m øng tèi thiÓu cña tÝn hiÖu t¹i anten ®Ó b¶o ®¶m cho m¸y thu lμm viÖc
b×nh th−êng. Nã th−êng ®−îc ®o b»ng microvolt. §iÒu kiÖn lμm viÖc b×nh th−êng
cña m¸y thu lμ:
- §¶m b¶o c«ng suÊt ra danh ®Þnh
- §¶m b¶o tØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu (S/N)
Muèn n©ng cao ®é nh¹y cña m¸y thu th× hÖ sè khuÕch ®¹i cña nã ph¶i lín vμ møc
t¹p ©m néi bé cña nã ph¶i thÊp (gi¶m t¹p ©m cña tÇng ®Çu).
ë siªu cao tÇn (f>30MHz) ®é nh¹y cña m¸y thu th−êng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng
suÊt chø kh«ng ph¶i b»ng søc ®iÖn ®éng c¶m øng trªn anten.
3.1.2.2 §é chän läc
lμ kh¶ n¨ng chÌn Ðp c¸c d¹ng nhiÔu kh«ng ph¶i lμ tÝn hiÖu cÇn thu. NghÜa lμ
®é chän läc lμ kh¶ n¨ng lùa chän tÝn hiÖu ra khái c¸c lo¹i nhiÔu tån t¹i ë ®Çu vμo
A0
m¸y thu. §é chän läc ®−îc ký hiÖu: Se = ≥1
Af
+ Ao: lμ hÖ sè khuÕch ®¹i t¹i tÇn sè f0 + Af: lμ hÖ sè khuÕch ®¹i t¹i tÇn sè f
§é chän läc th−êng ®−îc tÝnh b»ng ®¬n vÞ dB SedB = 20 log Se
§Æc tuyÕn chän läc lý t−ëng cña m¸y thu cã d¹ng ch÷ nhËt, nghÜa lμ trong
d¶i th«ng B biªn ®é tÝn hiÖu kh«ng ®æi.
3.1.2.3 ChÊt l−îng lÆp l¹i tin tøc
§−îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é mÐo cña tÝn hiÖu (mÐo phi tuyÕn, mÐo tÇn sè, mÐo
pha), chñ yÕu lμ xÐt ®é mÐo ë tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt ©m tÇn ®Ó cho tÝn hiÖu ra
loa kh«ng bÞ biÕn d¹ng so víi tÝn hiÖu ®−a tíi bé ®iÒu chÕ cña m¸y ph¸t. Ngoμi ra
ta cßn ph¶i xÐt ®Õn c¸c chØ tiªu kh¸c cña m¸y thu nh− c«ng suÊt ra, d¶i tÇn sè
c«ng t¸c, tÝnh æn ®Þnh cña biªn ®é vμ tÇn sè.
C¸c m¸y thu ®−îc ph©n lo¹i t−¬ng tù nh− ®èi víi m¸y ph¸t.
3.2 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu
3.2.1 M¸y thu khuÕch ®¹i trùc tiÕp
Tõ Läc Kh §¹i Gi¶i K§CS ThiÕt
anten b¨ng Cao ®iÒu ¢m bÞ cuèi
th«ng TÇn chÕ tÇn
H×nh 3.2 S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n cña m¸y thu khuÕch ®¹i trùc tiÕp
32
ViÖc n©ng cao ®é nh¹y vμ ®é chän läc cña m¸y thu nμy bÞ h¹n chÕ bëi nh÷ng
lý dao sau ®©y:
+ Sè tÇng khuÕch ®¹i kh«ng thÓ t¨ng lªn mét c¸ch tuú ý v× khi sè tÇng cμng t¨ng
th× tÝnh æn ®Þnh cña bé khuÕch ®¹i cao tÇn cμng gi¶m ( tô ký sinh Cbc cã thÓ g©y
ra dao ®éng tù kÝch). Ngoμi ra, khi sè tÇng cμng t¨ng th× sè m¹ch céng h−ëng
còng t¨ng lμm hÖ thèng ®iÒu chØnh céng h−ëng phøc t¹p, cång kÒnh vμ ®¾t tiÒn.
+ TÇn sè cao khã ®¹t ®−îc hÖ sè khuÕch ®¹i lín.
+ TÇn sè cμng cao th× d¶i th«ng cμng réng(B=fo/Q), lμm gi¶m ®é chän läc cña m¸y
thu. Muèn d¶i th«ng hÑp ph¶i dïng m¹ch céng h−ëng cã hÖ sè phÈm chÊt cao, cã
khi v−ît qu¸ kh¶ n¨ng chÕ t¹o.
+ Do kh«ng dïng ®−îc c¸c hÖ thèng céng h−ëng phøc t¹p nªn kh«ng cã kh¶ n¨ng
®¹t ®Æt tuyÕn tÇn sè cã d¹ng ch÷ nhËt lý t−ëng.
§Ó kh¾c phôc nh÷ng nh−îc ®iÓm trªn, ng−êi ta chÕ t¹o ra c¸c m¸y thu ®æi
tÇn cã s¬ ®å khèi nh− sau:
3.2.2 M¸y thu ®æi tÇn
M¸y thu ®æi tÇn ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh 3.3. TÝn hiÖu cao tÇn ®· ®−îc ®iÒu
chÕ (AM, FM, PM) nhËn ®−îc tõ anten, qua m¹ch vμo (bé läc b¨ng th«ng) ®Ó läc
lÊy kªnh tÝn hiÖu muèn thu vμ h¹n chÕ nhiÔu, qua bé khuÕch ®¹i cao tÇn RF ®−îc
®−a vμo bé ®æi tÇn ®Ó biÕn thμnh tÝn hiÖu trung tÇn, víi qui luËt ®iÒu chÕ kh«ng
®æi. TÇn sè trung tÇn ®−îc gi÷ kh«ng ®æi.
M¹ch K§ Trén K§TT T¸ch K§CS ThiÕt
vμo CT tÇn sãng ©m tÇn bÞ
cuèi
D®éng
Khèi ®æi néi
kªnh
H×nh 3.3 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu ®æi tÇn
Thùc chÊt cña bé ®æi tÇn lμ thùc hiÖn phÐp nh©n tÇn sè. Nã bao gåm bé dao
®éng néi tÈo tÇn sè cao tÇn h×nh sine vμ bé trén tÇn. Bé trén lμ mét phÇn tö phi
tuyÕn hay mét phÇn tö tuyÕn tÝnh cã tham sè thay ®æi tuÇn hoμn. Qu¸ tr×nh trén
tÇn sÏ t¹o ra tæ hîp c¸c tÇn sè kh¸c nhau, khi m, n cμng lín th× biªn ®é tÝn hiÖu
cμng nhá, trong thùc tÕ ta chØ sö dông tÝn hiÖu t−¬ng øng víi m, n nhá ( m=n=1),
33
t¸ch chóng ra b»ng m¹ch céng h−ëng. So víi m¸y thu khuÕch ®¹i trùc tiÕp th×
m¸y thu ®æi tÇn cã nh÷ng −u ®iÓm sau ®©y:
+ Cã kh¶ n¨ng lùa chän kªnh thu tuú ý b»ng c¸c thay ®æi tÇn sè dao ®éng néi.
+ TÇn sè tÝn hiÖu ®−îc h¹ thÊp thμnh tÇn sè trung tÇn nªn cã thÓ dïng nhiÒu
m¹ch khuÕch ®¹i trung tÇn ®Ó ®¹t hÖ sè khuÕch ®¹i toμn m¸y cao, mμ vÉn b¶o
®¶m tÝnh æn ®Þnh cho m¸y thu. Sè tÇng trung gian kh«ng bÞ h¹n chÕ (8-10).
+ Do trung tÇn kh«ng ®æi nªn m¹ch céng h−ëng cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, gän, gi¸
thμnh rÏ vμ kh«ng bÞ h¹n chÕ trong m¸y thu. Nã th−êng lμ nh÷ng m¹ch céng
h−ëng ®«i ®Ó t¨ng hÖ sè phÈm chÊt vμ t¨ng d¶i th«ng.
+ Do tÇn sè trung tÇn kh«ng ®æi nªn cã thÓ sö dông nh÷ng hÖ thèng céng h−ëng
phøc t¹p (nh− bé läc tËp trung) ®Ó ®¹t ®−îc ®Æc tuyÕn tÇn sè lý t−ëng.
3.3 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu ®æi tÇn AM
§Ó gi÷ cho biªn ®é ®iÖn ¸p ra gÇn nh− kh«ng ®æi d−íc t¸c dông cña hiÖn
t−îng pha ®inh vμ nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau, ta sö dông m¹ch tù ®éng ®iÒu
chØnh ®é khuÕch ®¹i AGC. Khi m¸y thu AM yªu cÇu chÊt l−îng cao, ta sö dông
m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè AFC.
AGC
M¹ch K§CT Trén K§TT TSãng K§CS ThiÕt bÞ
vμo tÇn AM ©m tÇn cuèi
D®éng
Khèi ®æi néi
kªnh
H×nh 3.4 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu ®æi tÇn AM
3.4 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu ®¬n biªn SSB
M¸y thu ®¬n biªn kh¸c víi c¸c m¸y thu kh¸c ë chç cã nhiÒu bé ®æi tÇn ®Ó
®−a phæ cña tÝn hiÖu tÇn sè cao vÒ miÒn tÇn sè thÊp. Nã gåm cã 5 khèi chÝnh sau
®©y:
+ Khèi tuyÕn tÝnh bao gåm: m¹ch vμo (MV), khuÕch ®¹i cao tÇn (K§CT1), ®æi
tÇn 1 (§T1), khuÕch ®¹i trung gian 1 (KTG1), vμ ®æi tÇn 2 (§T2). Trong khèi
nμy, tÝn hiÖu ®−îc ®æi tÇn 2 lÇn nhê trén víi tÝn hiÖu dao ®éng tõ bé dao ®éng1 vμ
2.
+ Khèi t¸ch sãng bao gåm: Läc th«ng d¶i (LTD), khuÕch ®¹i trung gian 2
(KTG2), ®æi tÇn 3 (§T3) vμ t¸ch sãng biªn ®é (TSB§).
34
+ Khèi tù ®éng ®iÒu chØnh ®é khuÕch ®¹i (AVC) bao gåm: m¹ch läc d¶i hÑp
(LDH), khuÕch ®¹i trung gian 3 (KTG3) vμ AVC.
+ Khèi tù ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè (AFC) bao gåm: Dao ®éng 4 (D§4), ®æi tÇn 4
(§T4), ®æi tÇn 5 (§T5), h¹n chÕ biªn ®é (HCB§), t¸ch sãng tÇn sè (TSTS), vμ bé
®iÒu khiÓn (§K).
+ Khèi khuÕch ®¹i c«ng suÊt ©m tÇn (K§CS¢T).
*Ho¹t ®éng cña m¹ch:
TÝn hiÖu cao tÇn tõ anten vμo m¹ch vμo, ®−îc khuÕch ®¹i nhê m¹ch K§CT,
qua ®æi tÇn 1 ®Ó ®æi xuèng tÇn sè trung gian nhê phèi hîp víi dao ®éng 1, ®−îc
khuÕch ®¹i nhê khuÕch ®¹i trung gian 1, qua ®æi tÇn 2 vμ ®Õn m¹ch läc th«ng d¶i
h¹n chÕ nhiÔu vμ läc lÊy tÝn hiÖu h÷u Ých. Sau ®ã tÝn hiÖu ®−îc n©ng biªn ®é nhê
bé khuÕch ®¹i trung gian 2 vμ ®−îc ®−a vμo bé ®æi tÇn 3 ®Ó trén víi tÝn hiÖu h×nh
sine tõ bé dao ®éng 3, cã tÇn sè sãng mang phô fm=38KHz . TÝn hiÖu ra ®−îc ®−a
vμo bé t¸ch sãng biªn ®é (®¬n gi¶n chØ gåm §iode vμ R,C) ®Ó t¹o l¹i tÝn hiÖu ©m
tÇn. Sau ®ã, tÝn hiÖu ©m tÇn ®Ó ®−a vμo tÇng khuÕch ®¹i ©m tÇn ®Ó ®−a ra loa.
§èi víi m¸y ph¸t cã ph¸t mét phÇn tÇn sè sãng mang phô 38KHz th× m¸y
thu cã thªm bé phËn kh«i phôc tÇn sè sãng mang phô vμ m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh
tÇn sè AFC. Khi ®ã, tÝn hiÖu trung tÇn t¹i ®iÓm A ®ång thêi ®−îc ®−a vμo bé läc
d¶i hÑp, läc lÊy tÇn sè sãng b¸o fp=38KHz, khuÕch ®¹i nhê KTG3, råi ®−a vμo bé
®æi tÇn 4 ®Ó trén víi tÇn sè æn ®Þnh f4 tõ bé dao ®éng 4 (dao ®éng th¹ch anh). TÝn
hiÖu hiÖu fp-f4 l¹i ®−îc ®−a vμo bé ®æi tÇn 4 ®Ó trén víi tÇn sè sãng mang phô fm
(tõ bé dao ®éng 3). ë ®Çu ra ta nhËn ®−îc tÝn hiÖu (fp-f4-fm). TÝn hiÖu nμy qua bé
h¹n chÕ biªn ®é, vμo t¸ch sãng tÇn sè, råi ®−a ®Õn bé ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng tù
®éng ®iÒu chØnh tÇn sè f1. §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn V®k=0 khi fp=fm. Khi
fp=fm th× V®k ≠ 0, ®iÒu khiÓn cho f1 thay ®æi sao cho nhËn ®−îc fp=fm.
Khèi t¸ch Khèi
sãng K§CS¢T
M K § K § L K § TS K
V § T T T2 T T T3 B §
C 1 G1 D G2 § ¢
T T
f1 fm=38KHz
D D L K D
§ § D T §
Khèi tuyÕn 1 2 H G3 3
tÝnh
A fp
VDK V
Khèi tù ®éng ®iÒu C
chØnh ®é khuÕch ®¹i
f4
§ Khèi tù ®éng D §
K ®iÒu chØnh § T
tÇn sè AFC 4 4
fp- f4
B B B B
TS H §
TS C T
B 5 fp B B
fp f4- fm
§
B B B B B B
35
3.5 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu ®æi tÇn FM
M¹ch K§ Trén K§ T¸ch K§C ThiÕt
vμo CT tÇn TT sãng S bÞ
FM ©m cuèi
tÇn
Dao AFC
Khèi ®éng
®æi néi
kªnh
H×nh 3.6 S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¸y thu ®æi tÇn FM
VÒ c¬ b¶n nã gièng s¬ ®å khèi m¸y thu AM, trong ®ã trung tÇn ftt=10,7
GHz vμ bé t¸ch sãng lμ bé t¸ch sãng tÇn sè. §Ó tr¸nh hiÖn t−îng ®iÒu biªn ký sinh
g©y mÐo tÝn hiÖu sau t¸ch sãng, ta ®Æt bé h¹n chÕ biªn ®é ngay tr−íc bé t¸ch sãng
tÇn sè hoÆc sö dông bé t¸ch sãng tØ sè v× nã cã m¹ch h¹n biªn. §èi víi m¸y thu
®æi tÇn FM, ®é æn ®Þnh tÇn sè yªu cÇu rÊt cao nªn b¾t buéc ph¶i cã m¹ch AFC.
3.6 M¹ch vμo cña m¸y thu
3.6.1 §Æc ®iÓm chung
M¹ch vμo lμ m¹ch ®iÖn nèi liÒn anten víi ®Çu vμo cña m¸y thu. Nã cã ®Æc
®iÓm nh− sau:
- truyÒn ®¹t tÝn hiÖu tõ anten vμo m¸y thu
- lμ phÇn quan träng quyÕt ®Þnh chÊt l−îng m¸y thu
- B¶o ®¶m hÖ sè truyÒn ®¹t lín vμ ®ång ®Òu trong c¶ d¶i b¨ng sãng.
VÝ dô b¨ng sãng MW: 550KHz-1600KHz, vo=20uv
36
vo=20µv
550KHz 1600KHz
H×nh 3.7 HÖ sè truyÒn ®¹t ®ång ®Òu c¶ b¨ng sãng MW
- §é chän läc tÇn sè, tÇn sè l©n cËn, tÇn sè trung tÇn, tÇn sè ¶nh ph¶i b¶o
®¶m chØ tiªu ®Ò ra.
- B¶o ®¶m thu hÕt b¨ng th«ng cho tõng ®μi ph¸t
M¹ch vμo bao gåm 3 thμnh phÇn:
+ HÖ thèng céng h−ëng (®¬n hoÆc kÐp) cã thÓ ®iÒu chØnh ®Õn tÇn sè cÇn thu.
+ M¹ch ghÐp víi nguån tÝn hiÖu tõ anten
+ M¹ch ghÐp víi t¶i cña m¹ch vμo (tÇng khuÕch ®¹i cao tÇn ®Çu tiªn)
§Ó ®iÒu chØnh céng h−ëng m¹ch vμo, ng−êi ta th−êng sö dông c¸c tô ®iÖn cã
®iÖn dung biÕn ®æi v× chóng dÔ chÕ t¹o chÝnh x¸c h¬n lμ cuén d©y cã ®iÖn c¶m
biÕn ®æi (®Æc biÖt trong tr−êng hîp cÇn ®ång chØnh nhiÒu m¹ch céng h−ëng). MÆt
kh¸c, ph¹m vi biÕn ®æi cña tô ®iÖn lín, bÒn chÆt, æn ®Þnh (C Ýt biÕn ®æi theo ®iÒu
kiÖn bªn ngoμi). Mét sè m¹ch ®iÒu chØnh liªn tôc b»ng ®iÖn dung. M¹ch vμo lμm
viÖc trong ph¹m vi tÇn sè réng th× ph¶i kÕt hîp c¶ hai c¸ch ®iÒu chØnh liªn tôc vμ
tõng nÊc. B¨ng sãng ®−îc chia ra nhiÒu b¨ng nhá, khi chuyÓn tõ b¨ng nä sang
b¨ng kia ph¶i ®iÒu chØnh theo tõng nÊc, cßn trong mçi b¨ng, ng−êi ta sö dông
m¹ch céng h−ëng ®iÒu chØnh liªn tôc ®Ó chän kªnh. §èi víi m¸y thu thÕ hÖ míi
th× ng−êi ta sö dông Varicap ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh céng h−ëng nμy.
3.6.2 C¸c yªu cÇu cña m¹ch vμo m¸y thu
3.6.2.1 HÖ sè truyÒn ®¹t
Lμ tØ sè gi÷a ®iÖn ¸p ra cña m¹ch vμo ®iÒu chØnh céng h−ëng ë mét tÇn sè
nμo ®ã vμ søc ®iÖn ®éng c¶m øng trªn anten (Ea).
Vo
AMV =
EA
AMV cμng lín th× hÖ sè khuÕch ®¹i chung cña toμn m¸y cμng lín.
3.6.2.2 §é chän läc
Ao
SC =
Af
3.6.2.3 B¨ng th«ng B
3.6.2.4 D¶i tÇn lμm viÖc
Gäi d¶i tÇn sè lμm viÖc cña m¸y thu lμ: fomin-fomax. TÇn ®o¹n lμm viÖc ®−îc
f o max
®Þnh nghÜa nh− sau: Adoan = D¶i tÇn nãi trªn cã thÓ ®−îc
f o min
chia thμnh nhiÒu b¨ng tÇn b»ng c¸ch chia thμnh nhiÒu cuén d©y cho c¸c b¨ng
tÇn, mçi b¨ng tÇn t−¬ng øng víi mét cuén d©y kh¸c nhau. TØ sè gi÷a fbmax vμ fbmin
øng víi mçi b¨ng gäi lμ hÖ sè trïm b¨ng.
37
f b max
Abang =
f b min
3.7 NhiÔu trong hÖ thèng th«ng tin vμ trong m¸y thu
NhiÔu trong hÖ thèng th«ng tin xuÊt hiÖn trong kªnh th«ng tin vμ trong c¶
thiÕt bÞ. NhiÔu lμ thμnh phÇn kh«ng mong muèn, xuÊt hiÖn ngÉu nhiªn g©y nhiÔu
víi tÝn hiÖu h÷u Ých. Ta kh«ng thÓ lo¹i bá nhiÔu hoμn toμn nh−ng cã thÓ gi¶m
nhiÔu b»ng c¸c biÖn ph¸p kh¸c nhau, ch¼ng h¹n gi¶m b¨ng th«ng tÝn hiÖu, t¨ng
c«ng suÊt m¸y ph¸t hoÆc sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i nhiÔu thÊp.
Cã hai lo¹i nhiÔu lμ nhiÔu bªn trong: xuÊt hiÖn trong b¶n th©n thiÕt bÞ vμ
nhiÔu bªn ngoμi: xuÊt hiÖn trªn kªnh truyÒn.
3.7.1 NhiÔu bªn ngoμi
NÕu m«i tr−êng truyÒn dÉn lμ kh«ng gian th× nã cã nhiÒu lo¹i nhiÔu nh−
nhiÔu do thiÕt bÞ, tõ khÝ quyÓn vμ tõ kh«ng gian.
3.7.1.1 NhiÔu thiÕt bÞ
NhiÔu nμy ®−îc t¹o ra tõ c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp vμ d©n dông trong qu¸
tr×nh khëi ®éng hoÆc lμm viÖc. Ch¼ng h¹n, tõ c¸c thiÕt bÞ ®¸nh löa cña ®éng c¬ «
t« hay c¸c motor ®iÖn, tõ m¸y tÝnh hoÆc c¸c lo¹i ®Ìn ®iÖn Lo¹i nhiÔu nμy cã phæ
tÇn réng nh−ng ph©n bè kh«ng ®Òu trong toμn d¶i. Th«ng th−êng nã ¶nh h−ëng
m¹nh ë vïng d¶i tÇn thÊp h¬n. Tuy nhiªn, sù ph©n bè chÝnh x¸c cña tÇn sè nhiÔu
phô thuéc vμo b¶n th©n lo¹i thiÕt bÞ g©y nhiÔu vμ phô thuéc vμo m«i tr−êng
truyÒn dÉn cña nhiÔu ®ã ®Õn thiÕt bÞ ®ang kh¶o s¸t. Ch¼ng h¹n, c¸c m¸y tÝnh t¹o
ra nhiÔu m¹nh t¹i c¸c tÇn sè b»ng béi sè vμ −íc sè cña tÇn sè xung clock cña
chóng, cßn t¹i vïng tÇn sè kh¸c th× n¨ng l−îng nhiÔu kh«ng ®¸ng kÓ.
NhiÔu do con ng−êi t¹o ra cã thÓ truyÒn theo kh«ng gian hoÆc d©y dÉn ®Õn
m¸y thu. Th«ng th−êng, viÖc gi¶m nhiÔu t¹i nguån ph¸t thùc hiÖn dÔ dμng h¬n t¹i
m¸y thu. Ch¼ng h¹n, ta cã thÓ nèi mass cho vá m¸y tÝnh vμ líp vá cña c¸p truyÒn
dÉn, ®ång thêi sö dông c¸c bé läc th«ng thÊp däc theo ®−êng d©y cung cÊp ®iÖn
®Ó gi¶m nhiÔu tõ m¸y tÝnh.
3.7.1.2 NhiÔu khÝ quyÓn
NhiÔu nμy chñ yÕu lμ do sÊm sÐt trong bÇu khÝ quyÓn t¹o ra. Nã cã thÓ
truyÒn ®i mét kho¶ng c¸ch lín trong kh«ng gian. HÇu hÕt n¨ng l−îng cña c¸c tia
chíp tËp trung ë tÇn sè thÊp (nhá h¬n vμi MHz). NhiÔu nμy cã tØ sè c«ng suÊt
®Ønh trªn c«ng suÊt trung b×nh rÊt lín ®ång thêi xuÊt hiÖn trong mét kho¶ng thêi
gian rÊt ng¾n (xung d¹ng Burst-loÐ) so víi thêi gian nghØ gi÷a 2 xung nhiÔu. Do
®ã, tuy kh«ng thÓ gi¶m nhiÔu nμy t¹i nguån ph¸t, nh−ng ta cã thÓ thùc hiÖn mét
sè biÖn ph¸p ®Ó gi¶m chóng, vÝ dô cã thÓ thiÕt kÕ m¸y thu sao cho nã kh«ng lμm
viÖc trong thêi gian xuÊt hiÖn nhiÔu. Kü thuËt nμy gäi lμ kü thuËt lμm tr¾ng
nhiÔu
3.7.1.3 NhiÔu kh«ng gian
Phæ n¨ng l−îng bøc x¹ cña mÆt trêi rÊt réng, bao phñ vïng phæ sãng v«
tuyÕn nªn cã g©y nhiÔu cho c¸c thiÕt bÞ thu ph¸t, chñ yÕu ë vïng tÇn sè VHF vμ
cao h¬n VHF. Ngoμi ra cßn nhiÒu nguån nhiÔu kh¸c tõ c¸c v× sao trong vò trô,
nh−ng ¶nh h−ëng nhá h¬n v× chóng ë xa so víi mÆt trêi. NhiÔu do mÆt trêi ¶nh
38
h−ëng chñ yÕu ®Õn c¸c vÖ tinh th«ng tin vμ ®Æc biÖt nghتm träng trong tr−êng
hîp mÆt trêi, vÖ tinh vμ tr¹m mÆt ®Êt n»m trªn mét ®−êng th¼ng.
3.7.2 NhiÔu bªn trong
NhiÔu bªn trong xuÊt hiÖn trong b¶n th©n thiÕt bÞ, c¶ trong thμnh phÇn thô
®éng nh− ®iÖn trë, c¸p vμ tÝch cùc nh− diode, transistor, ®Ìn ®iÖn tö. Chóng gåm
nhiÔu nhiÖt, nhiÔu b¾n, nhiÔu thμnh phÇn, nhiÔu nhÊp nh¸y (1/f) vμ nhiÔu thêi
gian chuyÓn ®æi.
3.7.2.1 NhiÔu nhiÖt
NhiÔu nhiÖt t¹o ra tõ sù chuyÓn ®éng ngÉu nhiªn cña c¸c ®iÖn tö trong vËt
dÉn do nhiÖt ®é g©y ra. V× nã xuÊt hiÖn trong tÊt c¶ c¸c m¹ch ®iÖn nªn cßn cã tªn
lμ nhiÔu m¹ch.
C«ng suÊt nhiÔu nhiÖt trong mét vËt dÉn kh«ng phô thuéc vμo tÇn sè, nªn
®«i khi ®−îc gäi lμ nhiÔu tr¾ng, vμ ®−îc biÓu diÔn nh− sau:
PN = kTB (3.1)
Trong ®ã,
PN: c«ng suÊt nhiÔu nhiÖt [w]
k: h»ng sè Boltzmann k=1,38.10-34 joules/kelvin [J/K]
T: nhiÖt ®é tuyÖt ®èi [K]; T(oK)=T(oC)+273
B: B¨ng th«ng nhiÔu [Hz]
VÝ dô: mét m¸y thu cã b¨ng th«ng nhiÔu 10KHz. Mét ®iÖn trë phèi hîp víi trë
kh¸ng vμo cña m¸y thu ®−îc nèi ngang qua anten. TÝnh c«ng suÊt nhiÔu g©y ra
trªn ®iÖn trë trong b¨ng th«ng m¸y thu, nÕu nhiÖt ®é cña nã lμ 270C.
¸p dông biÓu thøc (3.1) ta cã c«ng suÊt nhiÔu g©y ra trªn ®iÖn trë:
PN = kTB = ( 1,38.10 −23 J / K )( 300 K )( 10.10 3 Hz ) = 4 ,14.10 −17 W
Tuy gi¸ trÞ cña nã kh«ng lín nh−ng nã cã thÓ ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn ®é
nh¹y cña m¸y thu v× c«ng suÊt tÝn hiÖu ®Õn m¸y thu th−êng rÊt nhá.
NhiÔu nhiÖt cña vËt dÉn kh«ng phô thuéc vμo vËt liÖu chÕ t¹o vμ dßng ®iÖn
ch¹y qua nã.
§iÖn ¸p nhiÔu:
Gäi V, P lÇn l−ît lμ ®iÖn ¸p nhiÔu, c«ng suÊt nhiÔu trªn ®iÖn trë R. Chóng
liªn hÖ nhau theo biÓu thøc:
V2
P= Suy ra ®iÖn ¸p nhiÔu: V = PR = kTBR
R
(3.2)
VN /2 RN RL
VN /2
≈ VN
H×nh 3.8 biÓu diÔn mét ®iÖn trë RN ho¹t ®éng nh− mét nguån
nhiÔu nèi tiÕp víi mét ®iÖn trë t¶i RL. §iÖn ¸p nhiÔu
39
H×nh 3.8 biÓu diÔn mét nguån nhiÔu VN, ®iÖn trë nguån RN vμ ®iÖn trë t¶i
RL. Do ®iÒu kiÖn phèi hîp trë kh¸ng nªn RN= RL. V× vËy, ®IÖn ¸p nhiÔu trªn hai
®iÖn trë lμ b»ng nhau vμ b»ng VN/2. Tõ biÓu thøc (3.2) ta cã:
VN / 2 = ktBRN = ktBRL . Do ®ã:
®iÖn ¸p nguån nhiÔu b»ng: VN = 4ktBRN = 4ktBRL .
VÝ dô 3:
Mét ®iÖn trë 300Ω m¾c nèi tiÕp víi trë kh¸ng vμo 300Ω cña anten. B¨ng
th«ng cña m¸y thu lμ 6MHz, vμ ®iÖn trë lμm viÖc ë nhiÖt ®é phßng 200C. H·y tÝnh
c«ng suÊt nhiÔu vμ ®iÖn ¸p nhiÔu ®Æt vμo ®Çu vμo m¸y thu.
C«ng suÊt nhiÔu ®−îc tÝnh theo biÓu thøc (3.1)
PN = ktB = ( 1,38.10 −23 J / K )( 293 K )( 6.10 6 Hz ) = 24 ,2.10 −15 W
§iÖn ¸p nhiÔu ®−îc tÝnh theo biÓu thøc (3.2)
V N = 4ktBRL = 4( 1,38.10 −23 J / K )( 293 K )( 6.10 6 Hz )( 300Ω ) = 5,4.10 −6 V = 5,4 μV .
DÜ nhiªn, chØ mét nöa ®iÖn ¸p nμy xuÊt hiÖn trªn anten ®Çu vμo cña m¸y thu vμ
nöa cßn l¹i ®Æt trªn ®iÖn trë nguån. V× vËy ®iÖn ¸p nhiÔu ®Æt trªn ®Çu vμo m¸y
thu b»ng 2 ,7 μV .
3.7.2.2 NhiÔu b¾n
G©y ra do sù thay ®æi ngÉu nhiªn cña dßng ®iÖn trong thiÕt bÞ tÝch cùc,
ch¼ng h¹n trong ®Ìn ®iÖn tö, transistor hoÆc diode b¸n dÉn. Sù thay ®æi nμy ®−îc
t¹o ra do dßng ®iÖn lμ mét luång h¹t mang (®iÖn tö vμ lç trèng) h÷u h¹n. Dßng
®iÖn cã thÓ xem nh− lμ mét chuçi xung mμ mçi mét chuçi gåm c¸c h¹t ®iÖn tö
mang ®iÖn.
NhiÔu b¾n ®−îc biÓu diÔn theo biÓu thøc nh− sau:
I N = 2qI 0 B (3.3)
Trong ®ã:
IN : Dßng ®iÖn nhiÔu hiÖu dông [A]
q: §iÖn tÝch cña ®iÖn tö, b»ng 1,6.10-19 Coulomb
I0: Dßng ®iÖn ph©n cùc cña thiÕt bÞ [A]
B: B¨ng th«ng nhiÔu
VÝ dô: Mét m¸y t¹o nhiÔu sö dông diode t¹o 10 uV nhiÔu t¹i m¸y thu cã trë
kh¸ng vμo 75 Ohm vμ b¨ng th«ng nhiÔu 200KHz. (chóng lμ 3 gi¸ trÞ tiªu biÓu cña
m¸y thu FM). TÝnh dßng ®iÖn ch¹y qua diode
§Çu tiªn, chuyÓn ®æi ®iÖn ¸p ra dßng nhê ®Þnh luËt Ohm:
VN 10 μV
IN = = = 0 ,133 A
R 75Ω
TiÕp ®Õn, tÝnh dßng ph©n cùc ch¹y qua diode D dùa vμo biÓu thøc (3.3):
2
IN
I N = 2qI 0 B ⇒ I N = 2qI 0 B ⇒ I 0 =
2
2qB
( 0,133.10 −6 A )2
= = 0,276 A = 276mA
2( 1,6.10 −19 C )( 200.10 3 Hz )
40
3.7.2.3 NhiÔu qu¸ møc
Cßn gäi lμ nhiÔu flicker hay lμ nhiÔu 1/f v× c«ng suÊt nhiÔu tØ lÖ nghÞch víi
tÇn sè. §«i khi cßn ®−îc gäi lμ nhiÔu hång v× n¨ng l−îng nhiÔu ph©n bè ë ®o¹n
cuèi cña vïng tÇn sè thÊp trong d¶i phæ cña ¸nh s¸ng thÊy ®−îc. Nguyªn nh©n
chñ yÕu g©y ra nhiÔu qu¸ møc lμ do sù thay ®æi mËt ®é h¹t mang.
NhiÔu qu¸ møc g©y ¶nh h−ëng lín h¬n trong thiÕt bÞ b¸n dÉn vμ ®iÖn trë
carbon so víi ®Ìn ®iÖn tö. Tuy nhiªn nã kh«ng ¶nh h−ëng nghiªm träng ®Õn
m¹ch th«ng tin v× nã gi¶m khi tÇn sè cμng cao vμ chØ cã t¸c dông ®èi víi vïng tÇn
s« bÐ h¬n 1KHz. NhiÔu nμy lμm nguån kiÓm tra vμ cμi ®Æt trong hÖ thèng Audio.
3.7.3.3 Tæng nhiÔu tõ c¸c nguån kh¸c nhau
§iÖn ¸p nhiÔu tæng cña c¸c nguån nhiÔu m¾c nèi tiÕp ®−îc tr×nh bμy theo
biÓu thøc (Ph¸t xuÊt tõ c«ng suÊt nhiÔu tæng b»ng tæng c¸c c«ng suÊt nhiÔu thμnh
phÇn vμ c«ng suÊt tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng ®iÖn ¸p):
VNt = VN 1 + VN 1 + VN 1 + ...
2 2 2
(3.4)
T−¬ng tù, dßng ®iÖn nhiÔu tæng cña c¸c nguån nhiÔu m¾c song song ®−îc tr×nh
bμy theo biÓu thøc:
I Nt = I N 1 + I N 1 + I N 1 + ...
2 2 2
(3.5)
VÝ dô:
Cho m¹ch ®iÖn nh− h×nh vÏ, gåm hai ®iÖn trë m¾c nèi tiÕp cã 2 nhiÖt ®é kh¸c
nhau. TÝnh ®iÖn ¸p vμ c«ng suÊt nhiÔu tæng t¹o ra trªn t¶i cã b¨ng th«ng 100KHz.
R1 100
Ohm RL 300
R2 200 Ohm
Ohm
§iÖn ¸p nhiÔu hë m¹ch ®−îc tÝnh theo biÓu thøc (3.4)
VNt = VR21 + VR22 = ( 4kT1 BR1 )2 + ( 4kT2 BR2 )2 = 4kB( T1 R1 + T2 R2 )
4( 1,38.10 −23 J / K )( 100.103 Hz )[( 300 K .100Ω ) + ( 300 K .100Ω )] = 779nV
Tõ viÖc phèi hîp trë kh¸ng nªn ta chän ®iÖn trë t¶i b»ng 300 Ohm, do ®ã
®iÖn ¸p nhiÔu ®Æt trªn t¶i b»ng mét nöa ®iÖn ¸p nhiÔu hë m¹ch ®−îc tÝnh ë trªn,
nghÜa lμ b»ng 309nV.
Do ®ã c«ng suÊt nhiÔu trªn t¶i:
VL2 ( 390nV )2
P= = = 0,506.10 −15 W
RL 300Ω
TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu:
§−îc biÓu diÔn theo biÓu thøc sau:
PS
S / N ( dB ) = 10 log (3.6)
PN
V
S / N ( dB ) = 20 log S (3.7)
VN
41
Trong ®ã, PS vμ PN, VS vμ VN: lÇn l−ît lμ c«ng suÊt vμ ®iÖn ¸p tÝn hiÖu vμ nhiÔu.
VÝ dô:
Mét m¸y thu cã c«ng suÊt nhiÔu 200mV. C«ng suÊt ra t¨ng ®Õn 5W khi ®−a tÝn
hiÖu vμo. TÝnh (S+N)/N trong ®¬n vÞ dB
S+N 5W
= = 25
N 0,2W
Trong ®¬n vÞ dB:
S+N
( dB ) = 10 log 25 = 14dB
N
HÖ sè nhiÔu: NF (Noise Figure) viÕt t¾t F
BiÓu thÞ mét thμnh phÇn, tÇng hay c¸c tÇng nèi tiÕp lμm gi¶m tØ sè tÝn hiÖu
trªn nhiÔu cña hÖ thèng bao nhiªu lÇn. Nã ®−îc ®Þnh nghÜa nh− sau:
( S / N )i
NF = (3.8)
( S / N )o
Trong ®ã:
(S/N)i vμ (S/N)o lÇn l−ît lμ tØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu t¹i ®Çu vμo vμ ra cña thμnh
phÇn hay tÇng. (®¬n vÞ cña chóng lμ lÇn)
BiÓu diÔn NF trong ®¬n vÞ dB:
NF (dB)=(S/N)I (dB)-(S/N)o (dB)
Mèi liªn hÖ gi÷a NF(dB) vμ NF:
NF(dB)=10logNF
VÝ dô:
C«ng suÊt tÝn hiÖu vμ c«ng suÊt nhiÔu t¹i ®Çu vμo cña mét bé khuÕch ®¹i lÇn l−ît
lμ 100uW vμ 1uW. T¹i ®Çu ra c«ng suÊt tÝn hiÖu vμ nhiÔu lÇn l−ît lμ 1W vμ
30mW. TÝnh hÖ sè nhiÔu:
( S / N )i 100 μW / 1μW
NF = = =3
( S / N )o 1W / 0 ,03W
NF ( dB ) = 10 log NF = 10 log 3 = 2dB
NhiÖt ®é nhiÔu t−¬ng ®−¬ng:
Tõ biÓu thøc hÖ sè nhiÔu ta suy ra:
( S / N )i S i N o S i N o
NF = = =
( S / N )o N i S o S o N i
Gäi A lμ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé khuÕch ®¹i:
So
A=
Si
Thay A vμo biÓu thøc trªn:
No
NF =
Ni A
Suy ra:
N o = ( NF )N i A
V× thÕ: NhiÔu tæng t¹i ®Çu vμo lμ: ( NF )N i
Gi¶ sö nhiÔu nguån ®Çu vμo Ni lμ lo¹i nhiÔu nhiÖt, ®−îc biÓu diÔn theo biÓu thøc:
42
N i = kTB
NhiÔu t−¬ng ®−¬ng t¹i ®Çu vμo do bé khuÕch ®¹i t¹o ra lμ:
N eq = N o − N i = ( NF ) N i − N i = ( NF − 1 )kTB
HÖ sè K ®¹i A
(S/N)i (S/N)o
H×nh 3.9 S¬ ®å tÝnh NF cña bé khuÕch ®¹i
thùc
HÖ sè k®¹i A
NF=0
(S/N)i (S/N)o
§iÖn trë nhiÔu
t−¬ng ®−¬ng
H×nh 3.10 S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng víi s¬ ®å trªn, trong ®ã cã ®iÖn trë
nhiÔu t−¬ng ®−¬ng vμ bé khuÕch ®¹i lý t−ëng (kh«ng nhiÔu: NF=0)
NÕu gi¶ sö nhiÔu nμy ®−îc t¹o ra bëi ®iÖn trë t¹i nhiÖt ®é Teq vμ gi¶ sö nguån
nhiÔu thùc g©y ra t¹i nhiÖt ®é chuÈn To=2900K, th× ta cã thÓ viÕt:
kTeq B = ( NF − 1 )kTo B
Teq = ( NF − 1 )To = 290( NF − 1 )
Nh− vËy, nhiÖt ®é t−¬ng cã thÓ tÝnh trùc tiÕp tõ hÖ sè nhiÔu nªn nã kh«ng
mang th«ng tin vÒ bé khuÕch ®¹i. Tuy nhiªn, nã ®−îc sö dông hiÖu qu¶ trong
tr−êng hîp m¸y thu vi ba nèi víi anten trong ®−êng truyÒn.
Anten cã nhiÖt ®é nhiÔu tõ nhiÔu kh«ng gian t¸c ®éng vμo. §−êng truyÒn vμ
m¸y thu còng cã nhiÖt ®é nhiÔu. NhiÖt ®é nhiÔu t−¬ng ®−¬ng cña hÖ thèng b»ng
tæng nhiÖt ®é nhiÔu cña anten, ®−êng truyÒn vμ m¸y thu. Ta cã thÓ tÝnh hÖ sè
nhiÔu t−¬ng ®−¬ng cña hÖ thèng tõ biÓu thøc trªn:
Teq
NF − 1 =
290
Teq
NF = +1
290
NhiÖt ®é nhiÔu t−¬ng ®−¬ng cña m¸y thu nhiÔu thÊp rÊt bÐ, th−êng nhá h¬n
1000K. §iÒu ®ã kh«ng cã nghÜa lμ m¸y thu ho¹t ®éng t¹i nhiÖt ®é nμy. Th«ng
th−êng chóng ho¹t ®éng t¹i nhiÖt ®é 3000K nh−ng cã nhiÖt ®é nhiÔu t−¬ng ®−¬ng
lμ 1000K.
VÝ dô:
Mét bé khuÕch ®¹i cã hÖ sè nhiÔu 2dB. TÝnh nhiÖt ®é nhiÔu t−¬ng ®−¬ng:
§Çu tiªn, chuyÓn ®æi NF theo ®¬n vÞ dB thμnh NF theo tØ sè:
NF(dB)=10logNF
43
Suy ra:
NF ( dB )
NF = 10 10
= 1,585
¸p dông biÓu thøc trªn ta cã:
Teq = 290( NF − 1 ) = 290( 1,585 − 1 ) = 169,6 0 K
HÖ sè nhiÔu cña c¸c bé khuÕch ®¹i m¾c chuçi:
HÖ sè nhiÔu tæng cña c¸c bé khuÕch ®¹i m¾c chuçi ®−îc biÓu diÔn theo biÓu thøc
Friis nh− sau:
A1 A2 AN
(S/N)i (S/N)o
H×nh 3.11 S¬ ®å tÝnh NF cña c¸c bé khuÕch ®¹i m¾c
h çi
NF2 − 1 NF3 − 1 NF4 − 1
NFT = NF1 + + + + ...
A1 A1 A2 A1 A2 A3
Trong ®ã: NF1, NF2 NF4 : HÖ sè nhiÔu cña c¸c bé khuÕch ®¹i m¾c chuçi
A1, A2, A3: §é khuÕch ®¹i cña c¸c bé khuÕch ®¹i m¾c chuçi
Chó ý c¸c hÖ sè nhiÔu trong biÓu thøc trªn ®−îc tÝnh theo ®¬n vÞ tØ sè, kh«ng ph¶i
theo dB
