Điện tử cho Công nghệ thông tin

1. ĐiệntửchoCôngnghệthông tin Thờilượng : 60 tiết Giáoviên : TrầnTuấnVinh Email: vinhtt@dce.hut.edu.vn Mobile: 0982961084

2. Nội dung • Chương 1: Phổtínhiệu • Chương 2: Cácbộkhuếchđạitầnsốsóng Radio • Chương 3: Cácmạchtạodaođộng • Chương 4: Điềuchếvàhệthốngđiềuchếbiênđộ • Chương 5: Điềuchếtầnsốvàpha.

3. Chương 1. Phổtínhiệu • Giớithiệuchung • Chuỗi Fourier vàphântíchtínhiệu • Phépbiếnđổi Fourier • Ảnhhưởngcủabộlọclêntínhiệu • Méohàivàméopha • Cáctínhiêubấtđịnh

4. Giớithiệuchung • Trongcuộcsốngcórấtnhiềuloại tin hiệukhácnhaunhưtínhiệu song radio, tínhiệu song truyểnhình, điệnthoạidiđộng… mặcdùkhi dung cácthiếtbịthuvàhiểnthịtínhiệutacóthểthấycáctínhiệunàyrấtphúctạpvàkhóphântích. • Tuynhiênvềbảnchấtcáctínhiệunàyđềucóthểphântíchvàbiểudiễnlạidướidạngcáchàmtoánhọckhôngquáphúctạp. • Phântíchtínhiệurấtquantrọngtronglýthuyếtthông tin, thiếtkếmạch, thiếtkếhệthống. Nhằmmụcđíchphánđoánvàtìmhiểuphảnứngcủahệthốngvàmạchđiện, chúngtasửdụngkếtquảcủaphântíchtoánhọc. Đặcbiệt, chúngtacầnnắmđượcvềtầnsố, dảithông, nănglượngcủatínhiệu

5. Giớithiệuchung • Đầuracủamộtnguồnhình sin cóthểviếtnhưmộthàmcủathờigian: v(t)=A sin2fot, Với A làbiênđộ, folàtầnsố, t làbiếnthờigian. • Khicóméo, cáchàibậccaocủatầnsốcơbản f0 (nf0) tồntại. Cùngvớithànhphầnmộtchiều, tínhiệucóthểxácđịnhlàtổngcủacácgiátrịtứcthờicủamỗithànhphần:

6. Giớithiệuchung v(t)= Vdc +V1 sin2fot +V2 sin2(2fo )t +… +Vn sin2nfot (1-1) • n làbậccủasónghàivànfolàtầnsốthứ n củatầnsốcơbản. • Côngthứcnàycóthểviếtngắngọnhơnnhưsau: v(t)= Vo + (1-2) • Vo làgiátrịtrungbìnhcủatínhiệu, • Vn sin2nfot biểudiễnsựbiếnđổicủatínhiệu so vớigiátrịtrungbình.

7. Chuỗi Fourier • Cho tínhiệuxungvuông qua bộlọcthônggiảihẹpvàđođiệnáptạiđầurabằngVolmet. • Bộlọcthônggiảihẹp ( gầnlýtưởng) chỉchocáctínhiệucótầnsốbằnggiátrịtrungtâmcủabộlọcđi qua

8. Chuỗi Fourier • Tại f=0, tanhậnđượcmộthiệuđiệnthế A/2. • Giátrịtrungbìnhcủaxungvuôngvàovớiđỉnhlà A. • Tồntạimộtthànhphầnmộtchiều DC • Nếutầnsốtrungtâmcủabộlọctăngdầntừgiátrị 0 chođếnfolàtầnsốcơbảncủatínhiệu, Volmetchỉbiênđộhàibậcnhấtbằng 2A/ • Volmetsẽchỉcácgiátrị 0 ứngvớicácgiátrịtầnsốlàbộisốnguyênlầncủafo • Vớixungvuôngđangxétchỉtồntạicáchàibậclẻ. Điềunàysẽđượcphântíchbằngkhaitriểntoánhọcchuỗi Fourier

9. Chuỗi Fourier • Chuỗi Fourier viếtchomộthàm v(t), làmộthàmcủathờigianvàtuầnhoànvớichukì T (1-3) • Với

10. Vídụ 1.1 • Hàmtuầnhoàncóchukỳ T đượcđịnhnghĩanhưsau: Ta có :

11. Vídụ 1.1

12. Vídụ 1.1

13. Vídụ 1.1 • Khaitriển Fourier củahàm v(t) cóthểđượcviếtmộtcáchchínhxácnhưsau: • Chú ý:Nếutínhiệulàcáchàmlẻvàcáchàmchẵnsẽrấtcólợitrongviệctiếtkiệmthờigiantínhtoán. HàmcủaVídụ 1-1 làhàmlẻ, vànhưtrongvídụ 1-1, an=0 vớimọihàmlẻtuầnhoàn.

14. Phổtínhiệu a) Tínhiệuxungvuôngbiểudiễntrongmiềnthờigian. b) Phổtínhiệu ( trongmiềntầnsố).

15. Phổtínhiệu • Phổtínhiệulàcáchbiểudiễntínhiệutrongmiềntầnsố, chobiếtsựbiếnthiêncủabiênđộtínhiệuphụthuộcvàotầnsố. Đồthịthờigiancácthànhphầnriêngcủatínhiệuxungvuông

16. Phổtínhiệu Tổngcácthànhphầnhài ( hình sin ) gầnbằngsóngvuông

17. Kếtluận • Cóthểkếtluậnlà: cácxungvuôngcóthểđượctạobởicácmạchpháttínhiệu sin. • Điềucầnchú ý làphảitínhtổngchúnglạivàđồngbộphacủacáctínhiệuphát. đặtcáctầnsốnàythànhcácsónghàicủatầnsốcơbản f0 • Đặtcácbiênđộcủamỗisónghàinàybằngcácgiátrịđãđượctínhtoántừchuỗi Fourier, nốicácđầuralạivớinhauđưavào oscilloscope vàxem kếtquả. • Điềutacóthểnhìnthấylàxungvuôngsẽcàngsắcnétkhicócàngnhiềusónghàibậccao. Nóicáchkhác, đểtruyềnmộtxungvuôngsắcnét, cầnmộtbăngthôngrộng.

18. Kếtluận • Nếuđưamộtxungvuông qua mộtmạchđiệntuyếntính, vớibăngthôngnhỏthìchỉthànhphầncơbảncó ở đầura. • Tốcđộtăng (rise time)củamạchđãgiảmmộtcáchđángkể. Thờigiantănghiệudụngcủamạchcóthểđượchình dung mộtcáchđơngiảnlàsườndốccủatínhiệutrong 150độđầutiên. • Nếudảithôngtănggấpbảylầnchođếnhàibậcbảythìthờigiantănghiệudụngtănggần 4 lần.

19. Hàmchẵn, hàmlẻtrongkhaitriển Fourier • Hàm y = f(t) làmộthàmchẵnnếu: f(t) = f(-t) với ∀t (1-7) • Hàm y = f(t) làhàmlẻnếu: f(t) = - f(-t) với ∀t (1-8) • Vídụxéthàm y=cos(ωt) làhàmchẵntathấykhikhaitriểnchuỗi Fourier do tínhchấttrựcgiaocủahàm sin vàhàmcosnênkhitínhtíchphântheophươngtrình 1-6 chotakếtquảbằngkhông do đókhitínhthànhphầnbnmàhàm v(t) làhàmchẵnthìbn= 0 màkhôngcầntínhtoán • Tươngtựnhưvậykhitínhtoánthànhphần antheocôngthức 1-5 nếu v(t) làhàmlẻthì an=0 màkhôngcầntínhtoán.

20. Vídụ 1-2 • Khaitriển Fourier sin-coschotínhiệuxungvuôngtronghình Tínhiêuxungvuôngđốixứng qua trụctungchukỳ T0

21. Vídụ 1-2 Giải : • Thànhphầnmộtchiều

22. Vídụ 1-2 • Thànhphầnxoaychiều:

23. Vídụ 1-2

24. Chuỗi Fourier dạng e mũphức • Mộtdạngđơngiảnkháccủachuỗi Fourier đượcviếtbằngcáchthaythếcáchàm e mũphứcchocácthànhphầnhình sin/cos. • Theo phươngtrìnhEuler,biểudiễn e mũcócácthànhphầntrêncảtrụctầnsốdươngvàtrụcâm. kếtquảlàchuỗi Fourier sẽlàtổngvôhạntrêncả - và + .

25. Chuỗi Fourier dạng e mũphức • Khaitriển Fourier dạng e mũphứccódạng

26. Vídụ 1-3 • Khaitriển Fourier dạng exp phứccủahàmchẵnxungchữnhậttronghìnhsau:

27. Vídụ 1-3

28. Chuỗi Fourier củacácdạngsóngkhác • Cácdạngtínhiệuthườnggặpkhácđãđượcphântích Fourier vàkếtquảchotrongbảng

29. Chuỗi Fourier củacácdạngsóngkhác

30. Chuỗi Fourier củacácdạngsóngkhác

31. Duty cycle củaxungtínhiệu • Mộttínhiệuquantrọngtronghệthốngtruyềnthôngxungsốđượcxétđến ở đâylàcácxungchữnhậttrongbảng 1-1g cóphổtínhiệubaogồmcảsónghàihàmchẵnvàhàmlẻcủatầnsốcơbản f0 . • Biênđộcủamỗisónghàitỉlệvới sin(nd)/ ndvới d=/T • đượcgọilàtỷtrọng (duty cycle) củacácxung.

32. Duty cycle củaxungtínhiệu • Minh hoạtronghìnhchotỷtrọng 25% , • Phổtínhiệuđi qua điểmkhôngtạisốnguyênlầncủa f=1/. • Phổtínhiệubằngkhôngtại f=n/bởivì sin n/T dầnđếnkhôngkhi/T làmộtsốnguyên

33. Duty cycle củaxungtínhiệu • Trongtrườnghợpđặcbiệt, T=4, n/4 làmộtsốnguyên qua mỗi 4 sónghàicủa f0. • Phổcủacácsónghàichođếngiátrịkhôngđầutiên f=1/đượcgọilàbiêntầnđầutiên hay biêntầnchính. • Biêntầnchínhbaogồmcácthànhphầntầnsốchođến f=1/

35. Duty cycle củaxungtínhiệu Nhậnxét • Xungcànghẹp, băngthôngcủađườngtruyềnsóngcàngphảirộng • 0 vàxungvuôngđãgầntớixungĐiract. Khi=0, f=1/=. • Phổtínhiệucủabiêntầnđầutiênđãkéodàitớivôcùng. • Điềunàycónghĩalà, đểtạomộtxunglýtưởng( cóđộrộngvôcùngnhỏ) cầnbăngthông( dảiphổ) vôcùnglớnvànănglượngvôcùnglớn

37. Duty cycle củaxungtínhiệu Nhậnxét • Giữnguyênđộrộngcủaxungvàgiảmtầnsốcủacácxungnày, nhưbiểudiễntrênhìnhtừ (a) đến (b) vàđến (c). Ta thấyrằng, mậtđộcủacácthànhphầntầnsốtrênphổtầnsốtănglên,do f0giảmxuống. • Khi T tăngđếnvôcùng, phổtầnsốcủatínhiệusẽdầntớimộthàmliêntụcđượcbiểudiễnnhưsau:

38. Bàitập • Xácđịnhgiátrịtrungbìnhvàbathànhphần sin kháckhôngđầutiênchocáctínhiệusau: a.Tínhiệusauchỉnhlưunửachukỳ(bảng 1-1c) vớiđỉnhbiênđộlà 6V b.Tínhiệusauchỉnhlưucảchukỳvớiđỉnh 6V c.Tínhiệu tam giác ( bảng 1-1i) vớibiênđộđỉnh-đỉnhlà 6V d.Tínhiệurăngcưa , biênđộđỉnh-đỉnh 6V e.Tínhiệuxungvuôngđốixứng (bảng 1-1f)vớibiệnđộđỉnh-đỉnh 6V

39. Phépbiếnđổi Fourier • Nhưchúngtađãthấytrongcácphầntrước, chuỗi Fourier làmộtkỹthuậtđểtabiểudiễncáchàmtrongcảmiềnthờigianvàmiềntầnsố. • Thôngthườnghàmnàylàtuầnhoànnhưngmụcđíchcủatalàphảixácđịnhhàmbiểudiễntrongmiềntầnsốcủatínhiệu. • Phépbiếnđổi Fourier thuậnđượcdùngđểbiếnđổitínhiệutừmiềnthờigian sang miềntầnsốvàphépbiếnđổi Fourier ngượcđượcdùngđểchuyểntừmiềntầnsốvềmiềnthờigian. • Vấnđềquantâmđầutiêncủachúngta ở đâylàphântíchbiênđộphổtầnsốcủahàmkhôngtuầnhoàn.

40. Phépbiếnđổi Fourier • Phépbiếnđổi Fourier củahàmthờigian v(t) đượcđịnhnghĩa : • Vàphépbiếnđổi Fourier ngược

41. Cácphépbiếnđổi Fourier

42. Cácphépbiếnđổi Fourier

43. Cácphépbiếnđổi Fourier

44. Tínhchất, địnhlýphépbiếnđổi Fourier

45. Tínhchất, địnhlýphépbiếnđổi Fourier

46. Tínhchất, địnhlýphépbiếnđổi Fourier

47. Vídụ 1-4 • Tínhhàmphổbằngchuyểnđổi Fourier củaxungđơnbiênđộ A, độrộngtronghình

48. Vídụ 1-4 • Hàm v(t) códạngnhưsau :

49. Vídụ 1-4 • Sa(x) làhàmlấymẫu.Chú ý rằngkếtquảtrongphươngtrình 1-11 cũngnhưtrongbảng 1-2, phươngtrình 1 là: • Chínhlàchuyểnđổi Fourier chomộtxungchữnhậtđộrộngtrongmiềnthờigianvàbiênđộ A.

50. Ảnhhưởngcủabộlọclêntínhiệu • Đápứngtầnsốcủamộtbộlọcđượcbiểudiễntrênhìnhbên, chobiếttỷsốbiênđộgiữatínhiệuđầuvàovàđầura. • Tínhiệu sin tầnsố 1kHz đi qua kobịsuygiảm • Tínhiệu sin tầnsố 2kHz đi qua giảmđimộtnửatươngđươngvới 6dB • Tínhiệu sin tầnsố >= 3kHz giảmbẳng 0 • Tínhiệu 1 chiều (f=0) đi qua màkosuygiảm