Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
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 lý các tín hiệu tương tự theo yêu cầu đề ra.
Khi tín hiệu vào đi qua khối xử lý tín hiệu, tín hiệu ra có thể:
- Cùng pha và có biên độ lớn hơn biên độ của tín hiệu vào
- Ngược pha và có biên độ lớn hơn biên độ của tín hiệu vào
- Bị méo (hình dạng thay đổi) so với tín hiệu vào
I. Lý thuyết trọng tâm
1. Tín hiệu tương tự
a) Khái niệm
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.
Ví dụ: Âm thanh khi đi qua microphone đã chuyển thành tín hiệu điện.
b) Phân loại tín hiệu tương tự
Tín hiệu tương tự có hai loại: tuần hoàn và không tuần hoàn.
| Loại tín hiệu | Đặc điểm | Hình dạng đồ thị |
|---|---|---|
| Tín hiệu tuần hoàn | Có dạng hình sin, đặc trưng bởi biên độ, tần số, góc pha và lặp lại sau mỗi chu kỳ | Dạng sóng sin đều đặn, có chu kỳ T |
| Tín hiệu không tuần hoàn | Không có sự lặp lại | Dạng sóng biến đổi ngẫu nhiên |
c) Thông tin bổ sung: Cấu tạo microphone điện động
Các tín hiệu nói chung chuyển thành tín hiệu điện thông qua bộ biến đổi. Microphone điện động là một ví dụ điển hình:
Nguyên lý hoạt 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
2. Một số mạch xử lý tín hiệu tương tự
a) Hệ thống truyền âm thanh tương tự
Hệ thống truyền âm thanh tương tự gồm các khối chức năng được kết nối theo sơ đồ:
Âm thanh → Bộ chuyển đổi → Khuếch đại → Điều chế → Bộ phát
↓
Kênh
↓
Âm thanh ← Loa ← Khuếch đại công suất ← Giải điều chế ← Bộ thu
Mô tả hoạt động:
- Âm thanh được đưa tới bộ chuyển đổi (microphone)
- Sau đó khuếch đại rồi đưa sang điều chế để đi đến bộ phát
- Qua kênh truyền đưa tới bộ thu
- Đến quá trình giải điều chế, khuếch đại công suất
- Cuối cùng đưa ra loa, tạo âm thanh cần truyền đến người nghe
b) Mạch khuếch đại biên độ điện áp
Khái niệm
Mạch khuếch đại biên độ điện áp có chức năng biến đổi biên độ tín hiệu lối ra lớn hơn biên độ tín hiệu lối vào.
Cấu tạo và nguyên lý
Hình 18.7 là mạch khuếch đại biên độ với:
- Phần tử khuếch đại: Transistor T
- Các điện trở: $R_1$, $R_2$, $R_C$, $R_E$ có nhiệm vụ thiết lập chế độ khuếch đại của transistor
Đặc điểm tín hiệu
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Biên độ | $U_{ra}$ lớn hơn $U_{vào}$ |
| Pha | $U_{ra}$ ngược pha so với $U_{vào}$ |
Hệ số khuếch đại
$$A = \dfrac{U_{ra}}{U_{vào}}$$
Trong đó:
- $U_{vào}$: Biên độ tín hiệu lối vào
- $U_{ra}$: Biên độ tín hiệu lối ra
- $A$: Hệ số khuếch đại của mạch
Ứng dụng
| Ứng dụng | Mô tả |
|---|---|
| Máy tăng âm | Khuếch đại biên độ của tín hiệu âm thanh |
| Mạch khuếch đại từ cảm biến | Khuếch đại tín hiệu điện áp từ các cảm biến |
| Bộ khuếch đại truyền hình cáp | Tăng cường tín hiệu bù đắp lại suy hao tín hiệu trong quá trình truyền đi xa qua cáp |
c) Mạch điều chế biên độ (AM)
Khái niệm
- 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.
- Điều chế biên độ: Quá trình biến đổi biên độ sóng mang theo tín hiệu mang thông tin.
Nguyên lý hoạt động (mạch sử dụng transistor)
| Bước | Mô tả |
|---|---|
| 1 | Tín hiệu sóng mang $U_C$ qua biến áp TF1 đưa tới cực base của transistor |
| 2 | Tín hiệu mang thông tin $U_m$ cũng được đưa tới cực base của transistor |
| 3 | Mạch cộng hưởng $L_3C_3$ tại cực collector loại bỏ tín hiệu không cần thiết |
| 4 | Đưa tín hiệu sóng mang có biên độ thay đổi theo $U_m$ (tín hiệu điều chế biên độ $U_{AM}$) qua biến áp TF2 tới lối ra |
Ứng dụng
Hiện nay, điều chế biên độ được sử dụng trong các lĩnh vực thông tin liên lạc:
- Bộ đàm cầm tay hai chiều
- Radio AM
- Radio VHF trên máy bay
Thông tin bổ sung
Lưu ý: AM và FM là hai kỹ thuật được sử dụng phổ biến trong đài phát thanh hiện nay.
d) Mạch giải điều chế biên độ
Nhiệm vụ
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.
Nguyên lý hoạt động (mạch sử dụng diode)
| Bước | Mô tả |
|---|---|
| 1 | Diode D chỉnh lưu nửa chu kỳ dương của tín hiệu $U_{AM}$ |
| 2 | Tụ C nạp tới giá trị điện áp đỉnh dương |
| 3 | Tụ C phóng qua điện trở R |
| 4 | Tạo thành tín hiệu răng cưa $U_m$ có dạng giống với tín hiệu mang thông tin ban đầu |
| 5 | Bộ lọc thông thấp RC loại bỏ các thành phần tần số cao |
II. Bảng tổng hợp so sánh các mạch xử lý tín hiệu tương tự
| Tiêu chí | Mạch khuếch đại biên độ | Mạch điều chế biên độ | Mạch giải điều chế biên độ |
|---|---|---|---|
| Chức năng | Tăng biên độ tín hiệu | Gắn tín hiệu thông tin vào sóng mang | Khôi phục tín hiệu thông tin ban đầu |
| Linh kiện chính | Transistor, điện trở | Transistor, biến áp, mạch cộng hưởng LC | Diode, tụ điện, điện trở |
| Tín hiệu vào | $U_{vào}$ | $U_m$ (tín hiệu thông tin), $U_C$ (sóng mang) | $U_{AM}$ (tín hiệu đã điều chế) |
| Tín hiệu ra | $U_{ra}$ (biên độ lớn hơn, ngược pha) | $U_{AM}$ (tín hiệu điều chế biên độ) | $U_m$ (tín hiệu thông tin) |
| Vị trí trong hệ thống | Cả phía phát và phía thu | Phía phát | Phía thu |
| Ứng dụng | Máy tăng âm, khuếch đại cảm biến | Radio AM, bộ đàm, radio VHF | Máy thu radio AM |
ThS. Hồ Thị Thư
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Công Nghệ THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Công nghệ, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Hoàng Hoa Thám