Bài giảng Vô tuyến điện đại cương - Chương 5: Bộ lọc - Ngô Văn Thanh

Nội dung text: Bài giảng Vô tuyến điện đại cương - Chương 5: Bộ lọc - Ngô Văn Thanh

1. VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐẠI CƯƠNG TS. Ngô Văn Thanh Viện Vật Lý Hà Nội - 2016
2. 2 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 Tài liệu tham khảo [1] David B. Rutledge, The Electronics of Radio (Cambridge University Press 1999). [2] Dennis L. Eggleston, Basic Electronics for Scientists and Engineers (Cambridge University Press 2011). [3] Jon B. Hagen, Radio-Frequency Electronics: Circuits and Applications (Cambridge University Press 2009). [4] Nguyễn Thúc Huy (1998), Vô tuyến điện tử, NXB KHKT [5] Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Đức Nhuận (1990), Kỹ thuật điện tử, NXB KHKT [6] Phạm Văn Đương (2004), Cơ sỡ kỹ thuật khuếch đại, NXB KHKT Website : Email : nvthanh@iop.vast.ac.vn
3. 3 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 CHƯƠNG 5. BỘ LỌC 1. Bộ lọc hình thang 2. Bảng lọc 3. Một số ví dụ 4. Bộ lọc băng tần 5. Bộ đảo trở kháng
4. 4 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 1. Bộ lọc hình thang L2 L4  Bộ lọc hình thang (Ladder Filters) C1 C3 C5 . Mạch hình thang bao gồm các phần tử nối tiếp đan xen với các phần tử mạch rẽ. L1 L3 L5  Bộ lọc âm tần (low-pass): . Các phần tử nối tiếp là cuộn cảm C2 C4 . Các phần tử rẽ nhánh là tụ điện . Ở tần số thấp: • điện kháng của cuộn cảm là bé C1 C3 C5 • điện nạp của tụ điện cũng bé • tín hiệu qua mạch bị tiêu hao không đáng kể L L . Ở tần số cao : 2 4 • cuộn cảm có tác dụng như mạch chia điện áp C C • tụ điện có tác dụng như mạch chia dòng điện 2 4 • làm giảm công suất truyền đến thiết bị tải. L1 L3 L5  Bộ lọc cao tần (high-pass): . Các phần tử nối tiếp là tụ điện và các phần tử rẽ nhánh là cuộn cảm
5. 5 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 1. Bộ lọc hình thang  Bộ lọc Butterworth  Độ suy hao L . Pi và P là công suất của tín hiệu vào và tín hiệu ra (P là công suất cung cấp cho tải) . fc là tần số ngưỡng ở 3 dB, . n : số phần tử của mạch, hay bậc của bộ lọc. . Trong vùng thông tần, độ suy hao gần như bằng zero,  Bộ lọc Chebyshev (Чебышёв)  Độ suy hao .  : kích thước của gợn sóng . C : đa thức Chebyshev bậc n . Người ta thường chỉ dùng đa thức bậc lẻ: n = 1, 3, 5
6. 6 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 2. Bảng lọc  Filter Tables  Xét mạch có cùng một nguồn và điện trở tải . Chọn điện trở làm đại lượng chuẩn hóa  Bộ lọc Butterworth . Độ điện nạp chuẩn hóa và điện kháng chuẩn hóa tại tần số ngưỡng . i : là chỉ số của thành phần, n : là bậc của bộ lọc
7. 7 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 2. Bảng lọc  Bộ lọc Chebyshev . Xét độ gợn sóng trong bằng thông có giá trị cực đại từ 0.01 dB – 1 dB . Độ suy hao liên hệ với : . Đưa vào đại lượng bổ trợ: . Ta có . Xét = 0.2-dB ta có :
8. 8 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 3. Một số ví dụ  Ví dụ 1  Xét bộ lọc âm tần . trở kháng dây cáp là . tần số ngưỡng (3.0-dB) : 10 MHz . độ suy hao ở tần số 20 MHz là 20 dB . Suy ra n = 4, vì L(20MHz) = 6n = 24 . Điện kháng chuẩn hóa của cuộn cảm đầu tiên . Điện kháng thực tế . Độ tự cảm . Độ điện nạp chuẩn hóa của tụ điện mạch rẽ . Độ điện nạp thực tế (siemen) . Điện dung
9. 9 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 3. Một số ví dụ  Ví dụ 2  Xét bộ lọc cao tần . tần số ngưỡng (3.0-dB) : 10 MHz . độ suy hao ở tần số 5 MHz là 20 dB . Ta có:
10. 10 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 4. Bộ lọc băng tần  Band-pass filter . Các thành phần là mạch cộng hưởng nối tiếp kết hợp với mạch cộng hưởng song song  Xét bộ lọc Butterworth bậc 2 . Bộ lọc băng tần với tần số . Độ tự cảm: . Điện dung của tụ điện để cộng hưởng : . Điện kháng chuẩn hóa . Độ rộng của dải tần
11. 11 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 4. Bộ lọc băng tần  Band-stop filter  Xét bộ lọc Butterworth bậc 2 . Bộ lọc băng tần với tần số . Độ rộng của dải tần . Các phần tử là mạch cộng hưởng song song
12. 12 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 4. Bộ lọc băng tần
13. 13 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 5. Bộ đảo trở kháng  Tinh thể thạch anh . Là một vật liệu quan trọng được ứng dụng nhiều trong mạch điện tử . Cấu tạo: giống như tụ điện • Ở giữa là tấm thạch anh • Trên và dưới là 2 tấm kim loại mỏng tiếp xúc với thạch anh . Ký hiệu  Mạch tương đương . Bao gồm mạch nối tiếp LRC . L : cuộn cảm biến đổi được . C : điện dung biến đổi được  Trong quá trình dao động cơ học . L : tương ứng với mật độ của tinh thể . C : tương ứng với độ cứng của tinh thể . R : tương ứng với độ suy hao . Cp : tụ điện thuần, hình thành bởi 2 tấm kim loại
14. 14 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 5. Bộ đảo trở kháng  Impedance Inverters  Xét mạch lọc âm tần LCL . Trở kháng vào: . Định nghĩa trở kháng chuẩn hóa theo giá trị nghịch đảo của điện kháng X viết lại : . Trở kháng vào chuẩn hóa bằng nghich đảo trở kháng tải chuẩn hóa . Tương tự, độ điện nạp chuẩn hóa bằng trở kháng tải chuẩn hóa
15. 15 Ngô Văn Thanh – Viện Vật lý @ 2016 5. Bộ đảo trở kháng  Xét mạch điện bao gồm bộ đảo trở kháng nối với mạch cộng hưởng nối tiếp . Độ điện nạp đầu vào:  Xét mạch nối với mạch cộng hưởng song song . Hai mạch này tương đương nếu . Sự kết hợp của mạch đảo trở kháng và mạch cộng hưởng nối tiếp sẽ tương đương với mạch cộng hưởng song song