Bộ khuếch đại đồng bộ và các ứng dụng trong xử lý tín hiệu thiết bị bay

Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 67
BỘ KHUẾCH ĐẠI ĐỒNG BỘ VÀ CÁC ỨNG DỤNG 
 TRONG XỬ LÝ TÍN HIỆU THIẾT BỊ BAY 
Đỗ Tuấn Cương*, Trần Tuấn Nghĩa 
Tóm tắt: Bài báo trình bày nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại đồng bộ 
(KĐĐB) hiện đại, phân tích các ứng dụng trong xử lý tín hiệu thiết bị bay, xây dựng 
mô hình mô phỏng để khảo sát đặc tính trong các dạng và chế độ hoạt động. Trên 
cơ sở nghiên cứu và mô phỏng, thiết kế, thử nghiệm mạch điện bộ KĐĐB phục vụ 
thiết kế thiết bị nhạy pha kiểu 165-ПФ trong thiết bị kiểm tra 150-ПКH. 
Từ khóa: Thiết bị bay, Xử lý tín hiệu, Bộ khuếch đại đồng bộ. 
1. MỞ ĐẦU 
Bộ khuếch đại đồng bộ (KĐĐB) được sử dụng để phát hiện và đo các tín hiệu 
xoay chiều (AC) rất nhỏ, tới cỡ vài nano vôn, thậm chí khi bị bọc trong tạp lớn hơn 
hàng nghìn lần. Bộ KĐĐB sử dụng kỹ thuật được biết tới như là bộ tách sóng nhạy 
pha (TSNP) để lọc lấy thành phần tín hiệu tại một tần số và pha chuẩn định trước. 
Tín hiệu, tạp tại các tần số khác tần số chuẩn bị loại bỏ [1]. 
Tạp, trong thực tế, tồn tại trên toàn bộ dải tần tín hiệu. Các nghiên cứu cho thấy 
tại dải tần số biến đổi chậm, tạp chủ yếu từ các nguồn nhiệt (tạp Johnson), tại dải 
tần cao hơn nguồn tạp đến từ các tạp ngắn, tạp 1/f , tạp trắng cường độ ổn định 
[2].Tạp ảnh hưởng mạnh tới chất lượng tín hiệu, nhất là ở vùng biến đổi chậm, yếu 
hơn tại các dải tần cao. Tuy nhiên, phần lớn các tín hiệu lại ở tần số thấp. Để đấu 
tranh với tạp trong kỹ thuật thường áp dụng nguyên tắc chuyển dịch tín hiệu lên 
dải tần cao hơn bằng điều chế. Để khôi phục tín hiệu, phía máy thu có hệ thống 
giải điều chế nhằm tách tín hiệu tại tần số điều chế, tạp tại các tần số khác bị loại 
bỏ. Bộ KĐĐB được sử dụng cho mục đích đó. 
 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
2.1. Mô tả toán học của bộ KĐĐB 
Cơ sở lý thuyết của bộ KĐĐB dựa trên lý thuyết về hàm tương quan các tín 
hiệu tuần hoàn. Bộ KĐĐB có thể phát hiện tín hiệu và đo được các tham số của nó 
bằng sử dụng hàm tương quan, nhờ đó, có thể tách được tín hiệu rất nhỏ bị trùm 
hoàn toàn trong tạp. Hàm tương quan hai tín hiệu tuần hoàn có dạng: 
0
, sin .sin
kT
AB
R kT t t dt
kT
  
 (1) 
Giới hạn trên của tích phân là kT, trong đó T là chu kỳ của tần số ω, k là số 
nguyên để xác định thời gian tích phân hữu hạn. Biểu thức (1) là biểu thức giải 
thích nguyên lý của bộ KĐĐB. Bộ KĐĐB xác định hàm tương quan R đó. 
Khảo sát chi tiết hơn bộ KĐĐB về mặt kỹ thuật. Giả sử tín hiệu vào bộ KĐĐB 
dạng hình sin với A là biên độ, f1 là tần số, có tạp cộng thêm N(t) có dạng như sau: 
1( ) sin(2 ) ( )g t A f t N t (2) 
Các bộ KĐĐB được cấp tín hiệu chuẩn dạng xung vuông có tần số f2 có nguồn 
gốc tương quan. Triển khai chuỗi Fourier của tín hiệu chuẩn có dạng như sau: 
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay 
Đ. T. Cương, T. T. Nghĩa, “Bộ khuếch đại đồng bộ trong xử lý tín hiệu thiết bị bay.” 68 
2
1
4
( ) sin[(2 1)(2 )]
n
B
f t n f t 
  (3) 
Trong đó, B là biên độ tín hiệu, n là số bậc các hài thành phần, f2 là tần số tín 
hiệu chuẩn dạng xung vuông, φ là dịch pha điều chỉnh được từ người sử dụng bên 
trong bộ KĐ đồng bộ. Quá trình tách tín hiệu là trộn hai tín hiệu với nhau cho nên 
tín hiệu ra của bộ TSNP có dạng: 
   
     
 
1 2
0
1 2 1 2
0 0
2
0
4 1
( ) sin(2 ) ( ) . sin (2 1)(2 )
2 1
2 1 2 1
cos 2 (2 1) ) (2 1) cos 2 (2 1) ) (2 1)
2 1 2 1
4 1
( ) sin (2 1)(2 )
2 1
n
n n
n
B
U t A f t N t n f t
n
AB AB
f n f t n f n f t n
n n
B
N t n f t
n
 
 
 
 
 
 

 

 (4) 
Biểu thức (4) có thể được ước giản bằng bằng các biện pháp kỹ thuật như sau. 
Số hạng thứ hai chứa tổng các tần số sẽ bị lọc khi qua bộ lọc thông thấp (LTT), 
xem hình 1. 
Hình 1. Sơ đồ khối bộ KĐĐB. 
Nếu ta coi các tín hiệu là đồng bộ về tần số tức là f1=f2. Khi đó biểu thức của 
U(t) được ước giản như sau: 
  
0 0
2 1 4 1
( ) cos[4 (2 1) ] ( ) sin (2 1)(2 )
2 1 2 1n n
AB B
U t n ft n N t n ft
n n
 
 
 
  (5) 
Số hạng thứ hai của biểu thức (5) chứa tạp, gây phức tạp cho xử lý. Nếu tạp là 
tín hiệu tần số đơn nó có thể đi qua bộ LTT. Nếu tạp có một dải tần số hoặc các hài 
bậc cao của tín hiệu cần đo thì đầu ra của tạp và tín hiệu chuẩn sau khi TSNP sẽ có 
mức DC và sẽ phản ánh tới đầu ra bộ KĐĐB sau khi đi qua bộ LTT. Điều đó dẫn 
tới tạp ở đầu ra tăng, thành phần hài đầu ra bị ảnh hưởng và tăng dẫn tới khả năng 
nén tạp của bộ TSNP bị suy giảm. Phương pháp xử lý là thêm bộ lọc dải trước bộ 
TSNP để bỏ số hạng cuối của (5). Khi đó (5) có thể viết thành: 
0
2 1
( ) cos[4 (2 1) ]
2 1n
AB
U t n ft n
n
 (6) 
Tín hiệu ra từ bộ TSNP sau đó đi qua bộ LTT để loại bỏ các thành phần tần số 
cao, tức là ta chỉ quan tâm tới thành phần tín hiệu khi n=0, đi tới đầu ra bộ KĐĐB 
bộ như một tín hiệu DC cần nhận được. Khi đó từ Từ (6) ta có: 
 2( ) cos
AB
U t 
 (7) 
Công thức (7) chính là biến đổi toán học của bộ KĐĐB trong chế độ đồng bộ. 
Nếu các tín hiệu không đồng bộ về tần số, f1≠f2, thì bộ KĐĐB hoạt động trong 
chế độ không đồng bộ. Bằng các lập luận tương tự, biểu thức (4) được rút gọn 
thành: 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 69
 2( ) cos 2 ( 1 2)
AB
U t f f t 
 (8) 
Ta có thể rút ra một số kết luận như sau về bộ KĐĐB: 
Trong chế độ đồng bộ khi ω1=ω2 (f1=f2): 
Nếu biên độ B của tín hiệu chuẩn cố định, φ=0 thì tín hiệu ra từ bộ KĐĐB là 
một tín hiệu DC mà giá trị của nó tỷ lệ tuyến tính với biên độ tín hiệu A: U(t)=k1A 
với k1=(2B)/π; 
Nếu giữa tín hiệu cần đo và tín hiệu chuẩn có góc lệch pha, nếu các biên độ tín 
hiệu A, B được chuẩn hóa thì tín hiệu ra của bộ KĐĐB còn tỷ lệ tuyến tính với 
cosin góc pha φ giữa nó và tín hiệu chuẩn: U(t)=k2cosφ với k2=(2AB)/π ; 
Trong chế độ không đồng bộ, khi ω1≠ω2. điện áp ra tỷ lệ với các biên độ và 
cosin hiệu các tần số. 
Căn cứ vào các phân tích trên, sơ đồ khối một bộ KĐĐB có dạng như hình 1. 
2.2. Mô tả nguyên lý hoạt động, các chế độ hoạt động của bộ KĐĐB 
Nguyên lý hoạt động của bộ KĐĐB được giải thích trên hình 2a. Tới các đầu 
vào là tín hiệu điều chế thu được và tín hiệu chuẩn dạng xung vuông. Các tín hiệu 
được cấp tới bộ nhân làm việc như các khóa điện tử. Có hai khóa điện tử M1, M2. 
Các khóa Mx được điều khiển bằng tín hiệu chuẩn và đảo của nó. 
Tín hiệu chuẩn điều khiển khóa Mx sao cho nó nối tới đầu vào nào mà tín hiệu 
tại thời điểm đó dương. Khả năng đó chỉ xảy ra khi tín hiệu chuẩn đồng bộ với tín 
hiệu đầu vào. Góc dịch pha giữa tín hiệu chuẩn và tín hiệu vào là φ. Khi φ=0o, tại 
đầu ra của khóa ta thu được tín hiệu dạng chỉnh lưu hai bán kỳ, hình 2b. Tiếp theo, 
tín hiệu đi qua bộ lọc thông thấp (LTT) để làm phẳng điện áp được chỉnh lưu. Tại 
đầu ra bộ lọc điện áp sẽ bằng 2/πUc. 
(a) 
(b) 
(c) 
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc và giải thích nguyên lý làm việc bộ KĐĐB (a, b); 
Đặc tính tần số của bộ KĐĐB (c). 
 Nếu φ=180o thì tín hiệu ra thay đổi cực tính do bộ khóa chỉ cho qua các điện áp 
âm. Nếu φ= 90o thì khóa sẽ cho cả tín hiệu âm và dương đi qua, hình 2b. Tại đầu ra 
bộ LTT tín hiệu sẽ bằng không. Phân tích sơ đồ với φ bất kỳ dẫn tới kết luận rằng 
tại đầu ra bộ LTT tín hiệu bằng 2/π(Uccosφ). Đó là tính chất phụ thuộc vào pha của 
KĐĐB. Nó có thể làm việc như một bộ TSNP. Nếu cùng với một bộ KĐĐB đã cho 
cấp ra đầu ra tín hiệu bằng 2/π(Uccosφ), sử dụng thêm một bộ khác giống thế 
nhưng pha tín hiệu chuẩn dịch so với tín hiệu chuẩn bộ thứ nhất 90o, thì tại đầu ra 
bộ KĐĐB thêm này sẽ có tín hiệu bằng 2/π(Ucsinφ). Nhờ vậy, bộ KĐĐB có khả 
năng tách phần thực và phần ảo của tín hiệu. 
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay 
Đ. T. Cương, T. T. Nghĩa, “Bộ khuếch đại đồng bộ trong xử lý tín hiệu thiết bị bay.” 70 
Ta xem xét hoạt động của bộ KĐĐB trong chế độ không đồng bộ. ω1 là tần số 
của tín hiệu đầu vào, ω2 là tần số tín hiệu chuẩn, khi đó lệch pha giữa hai tín hiệu 
là φ=(ω1-ω2)t. Kết quả là tại đầu ra bộ KĐĐB thu được một tín hiệu xoay chiều 
với tần số hiệu. Trên hình 2c cho thấy đặc tính phổ của một bộ KĐĐB [3]. Các 
cộng hưởng được quan sát thấy tại hiệu tần số 0 tức là ω1=ω2, tiếp theo tại các tần 
số 3ω2, 5ω2  Phổ tín hiệu ra của bộ KĐĐB theo tần số như vậy gây khó khăn cho 
việc sử dụng bộ KĐĐB. Để khắc phục, trước bộ KĐĐB phải có một hệ thống chọn 
tần số (bộ lọc dải) để chế áp các dải tần không mong muốn (hình 1). 
Nếu bộ KĐĐB làm việc trong chế động đồng bộ, tính chất chọn lọc của nó xuất 
hiện đối với tín hiệu đã được tách. Bộ KĐĐB thường được dùng hơn trong chế độ 
đồng bộ. Để làm việc đó cần có tín hiệu chuẩn đồng bộ kèm theo. Trong chế độ 
không đồng bộ, tại đầu ra nhận được tín hiệu hiệu các tần số. 
3. ỨNG DỤNG BỘ KĐĐB TRONG XỬ LÝ TÍN HIỆU THIẾT BỊ BAY 
VÀ ĐO KIỂM THAM SỐ 
Hai lý do thực tế để sử dụng bộ KĐ đồng bộ trong kỹ thuật là: khả năng phát 
hiện và đo các tín hiệu nhỏ trên nền nhiễu; để TSNP (khả năng này thường được sử 
dụng trong các ứng dụng kỹ thuật như các bộ điều khiển). Ứng dụng của KĐĐB 
trong thiết bị (TB) bay đa dạng. Ta khảo sát mô hình của khối tự động lái TB bay 
“I” [5], xem hình 3a, bằng công cụ mô phỏng mạch điện Proteus. Bộ KĐĐB làm 
việc trong chế độ không đồng bộ. Bộ KĐĐB có cấu trúc kinh điển (như hình 1) 
nhưng cấu tạo từ linh kiện điện tử mới. Bộ nhân được xây dựng trên vi mạch 
820XA6. Mô phỏng cho vi mạch 820XA6 là U1, các bán dẫn Q1, Q2 và các linh 
kiện thụ động lân cận. Bộ LTT trên U3. 
(a) 
(b) 
Hình 3. Sơ đồ bộ KĐĐB của khối tự động lái TB bay Igla (a); 
Kết quả mô phỏng hoạt động (trích màn hình ô xi lô) (b). 
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
Hình 4. Sơ đồ bộ KĐĐB trong khối УСС khí tài ZSU-23: Sơ đồ điện (a); 
Kết quả mô phỏng khi pha thay đổi (b,c,d). 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 71
Mô phỏng hoạt động của bộ KĐĐB bằng cấp tới các đầu vào tín hiệu “Signal” 
100 Hz, tín hiệu “Synch” 115 Hz (tia 1 và 2 hình 3b). Hiệu 15 Hz đại diện cho tốc 
độ quay quanh thân của TB bay. Qua bộ KĐĐB ta thu được tín hiệu hình sin 15 Hz 
để điều khiển máy lái (tia 4 hình 3b). Đây là ví dụ điển hình của ứng dụng bộ 
KĐĐB trong điều khiển TB bay. 
Một ví dụ khác về bộ KĐĐB hoạt động trong chế độ đồng bộ. Sơ đồ hình 4 là 
của bộ KĐĐB trong khối УСС khí tài ZSU-23 [6]. Sơ đồ gồm hai bộ nhân Q1, Q3 
và Q2, Q4 được điều khiển ngược pha. Tín hiệu ra của chúng được cộng trên R12. 
Tín hiệu vào “Signal” và tín hiệu đồng bộ “Synch” đều có tần số 100 Hz. Khi mô 
phỏng, pha tín hiệu “Signal” so với “Synch” thay đổi. Khi “Signal” và “Synch” 
đồng pha ta có dạng sóng trên hình 4a, khi ngược pha, trên hình 4c, khi lệch pha 
90o, trên hình 4d. Tín hiệu ra của bộ KĐĐB trong khối УСС khí tài ZSU-23 hoàn 
toàn phụ thuộc vào pha hai tín hiệu đầu vào. 
Để phát hiện và đo lường các tín hiệu nhỏ, các thiết bị dựa trên các bộ KĐĐB 
được sử dụng. Ví dụ thiết bị SR510 và SR530 của Stanford Research Systems 
(SRS), xem hình 5a. Các thiết bị của SRS để đo tín hiệu nhỏ, độc lập nên có cấu 
tạo phức tạp. Thiết bị nhạy pha 165-ПФ nằm trong tổ hợp đo kín được sử dụng để 
đo kiểm tham số khối điện tử cơ cấu phóng tổ hợp TB bay, xem hình 5b, nên có 
cấu tạo đơn giản hơn. Kỹ thuật analog với thế mạnh về xử lý các tín hiệu cực nhỏ 
nên cả hai thiết bị trên đều dựa trên các bộ KĐĐB kiểu analog. 
(a) 
(b) 
Hình 5. Thiết bị SR510 và SR530 của SRS (a), 
thiết bị 165-ПФ trên giá thử 150-ПКH (b). 
4. XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH CỦA BỘ KĐĐB VÀ MÔ PHỎNG 
4.1. Xây dựng các mô hình Matlab Simulink và mô phỏng 
4.1.1. Mô hình Matlab Simulink cơ bản của bộ KĐĐB 
Trước hết, ta xây dựng mô hình cơ bản của bộ KĐĐB. Theo mô tả trên hình 2, 
mô hình một bộ KĐĐB cơ bản gồm có bộ TSNP trên các bộ nhân 1, 2, bộ đảo tín 
hiệu và đảo “NOT”; bộ LTT Butterworth cho đáp tuyến tần số trong dải thông 
bằng phẳng; bộ KĐ “Gain2”, xem hình 6a. Mô phỏng bộ KĐĐB trong chế độ đồng 
bộ. Để mô phỏng, ta cấp tới đầu vào tín hiệu hình sin 100 Hz từ “Signal Generator 
2” và tín hiệu chuẩn dạng xung vuông tần số 100 Hz và có pha điều chỉnh được từ 
“Signal Generator 1”. Với các pha khác nhau ta có các kết quả xác định pha tại đầu 
ra “Gain2” khác nhau, xem hình 6b,c,d. Trên hình thì tia đầu tiên là tín hiệu vào, 
tia thứ hai là tín hiệu chuẩn, tia thứ ba là tín hiệu đầu ra bộ TSNP, tia thứ tư là tín 
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay 
Đ. T. Cương, T. T. Nghĩa, “Bộ khuếch đại đồng bộ trong xử lý tín hiệu thiết bị bay.” 72 
hiệu ra sau bộ LTT và KĐ “Gain2”. Khi tín hiệu và tín hiệu chuẩn trùng pha (hình 
5b), tại đầu ra bộ nhân ta thu được dạng tín hiệu “bát úp” dương. Sau LTT ta có giá 
trị pha đo được bằng “+1”. Khi pha tín hiệu và đồng bộ lệch 180o (hình 6c) thì tại 
đầu ra TSNP có tín hiệu dạng “bát úp” âm. Sau LTT ta có giá trị pha đo được bằng 
“-1”. Khi tín hiệu và đồng bộ lệch pha 90o, hình 6d, thì tại đầu ra TSNP ta thu được 
tín hiệu AC dạng hình sin bị cắt pha tại 90o, qua bộ LTT ta có tín hiệu bằng “0”. 
(a) (b) 
(c) 
(d) 
Hình 6. Mô hình Matlab Simulink của một bộ KĐĐB (a); Kết quả mô phỏng làm 
việc bộ KĐĐB: Khi tín hiệu và tín hiệu chuẩn trùng pha (a); nghịch pha (b); 
lệch pha 90o (c). 
Kết luận: Với mô hình bộ KĐĐB tại hình 6a, các kết quả mô phỏng tại hình 
6b,c,d, đã làm sáng tỏ nguyên lý hoạt động của bộ KĐĐB được phân tích và minh 
họa tại hình 2. Với biên độ tín hiệu vào không đổi, giá trị tín hiệu ra tỷ lệ với độ 
lệch pha giữa tín hiệu chuẩn và tín hiệu vào. 
4.1.2. Mô hình Matlab Simulink cải thiện 
Từ mô hình cơ bản của bộ KĐĐB, ta xây dựng mô hình bộ KĐĐB để khảo sát 
khả năng tách tín hiệu nhỏ trên nền nhiễu gồm có: máy phát điều chế; bộ KĐĐB 
và các máy đo, hình 7. 
Hình 7. Mô hình bộ KĐĐB. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 73
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
Hình 8. Kết quả mô phỏng mô hình bộ KĐĐB khi tín hiệu vào không nhiễu (a); khi 
tín hiệu vào có tạp mạnh (b); Phổ tín hiệu vào (c); phổ tín hiệu ra (d). 
Máy phát phát tín hiệu điều chế biên độ-pha tín hiệu 100 Hz với sóng mang 
10kHz. Máy phát điều chế có thể cộng thêm tạp trắng để khảo sát khả năng lọc 
nhiễu của bộ KĐĐB. Dạng tín hiệu tạo giả có dạng trên hình 8a (tia2) khi không có 
tạp, hình 8b (tia2) khi cộng thêm tạp. Bộ KĐĐB có cấu trúc như trên hình 6a còn 
có thêm mạch phối hợp đầu vào gồm bộ LTT và bộ lọc thông cao (LTC), bộ KĐ 
đầu vào, xem hình 7. Để quan sát hoạt động của bộ KĐĐB ta ngoài máy hiện sóng 
“Scope” còn sử dụng thêm 2 máy đo mật độ phổ “Average Power Spectral 
Density” để quan sát phổ tín hiệu đầu vào và đầu ra. Ta nối lần lượt các tín hiệu 
đầu vào gốc tới tia 1, tín hiệu máy phát điều chế tới tia 2, tín hiệu sau TSNP của bộ 
KĐĐB tới tia 3 và tín hiệu ra của bộ KĐĐB tới tia 4 của máy hiện sóng “Scope”. 
Nối các đầu ra của máy phát điều chế và của bộ KĐĐB tới các máy đo mật độ phổ. 
Ta tiến hành mô phỏng. Kết quả mô phỏng thể hiện trên hình 8a,b,c,d. 
Nhận xét và kết luận: Khi không có tạp, tín hiệu điều chế qua KĐĐB đã được 
giải điều chế và thu được tín hiệu 100 Hz sạch, hình 8a. Khi có thêm tạp trắng bộ 
KĐĐB cũng thực hiện tốt việc tách tín hiệu, hình 8b. Phổ tín hiệu đầu vào khi có 
tạp thể hiện một phân bố ngẫu nhiên, hình 8c. Sau khi đi qua bộ KĐĐB phổ tín 
hiệu chỉ còn tập trung ở miền tần số lân cận 100 Hz, hình 8d, chứng tỏ tính chất lọc 
tín hiệu nhỏ trên nền nhiễu của bộ KĐĐB. 
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay 
Đ. T. Cương, T. T. Nghĩa, “Bộ khuếch đại đồng bộ trong xử lý tín hiệu thiết bị bay.” 74 
4.1.3. Mô hình Matlab Simulink với bộ tự động điều chỉnh khuếch đại (AGC) 
Hình 9. Mô hình bộ KĐ ĐB có hệ thống tự động điều khiển KĐ AGC. 
Ta thêm vào cấu trúc bộ KĐĐB trên hình 7 một bộ AGC được xây dựng trên 
các bộ nhân 5, 6, bộ lọc 4, các bộ tổng S4, S5, bộ đảo 3 và bộ điều khiển PID, xem 
hình 9. Ngưỡng AGC được đưa vào từ khối hằng số 3. Cấu hình như vậy sẽ giúp 
ích cho việc phát hiện và đo tín hiệu nhỏ. Sau khi điều chỉnh bộ AGC và tiến hành 
mô phỏng với tín hiệu bọc trong tạp trắng có tỷ số S/N khoảng -100db ta có kết 
quả trên hình 10. 
Kết luận: Khi trong cấu trúc bộ KĐĐB 
có bộ AGC thì tín hiệu ra ổn định hơn 
hẳn. Nhờ có AGC trong KĐĐB ta có thể 
ổn định được mức tín hiệu ra dù tín hiệu 
vào rất nhỏ và trong nhiễu mạnh qua đó 
phát hiện tín hiệu (từ mục tiêu). Ta có thể 
căn cứ vào độ ổn định tín hiệu đo được, 
kết hợp với mức AGC, KĐ đầu vào và ra 
để đo tín hiệu nhỏ. 
Hình 10. Kết quả mô phỏng bộ 
KĐĐB có AGC với tín hiệu có nhiễu. 
Các bộ KĐĐB hiện đại là thiết bị phức tạp. Để đo tín hiệu nhỏ việc gia công tín 
hiệu trước khi đưa tới bộ KĐĐB được thực hiện cẩn thận nhờ mạch phối hợp đầu 
vào có các bộ lọc dải thích nghi chất lượng cao, bộ tổng hợp tần số bám dựa trên 
PLL, bộ LTT chất lượng ở đầu ra. Các kỹ thuật trên đều khá phức tạp và cần 
nghiên cứu kỹ. Do khuôn khổ bài báo nên nhóm tác giả không đề cập sâu. 
Để thiết kế thiết bị nhạy pha kiểu 165-ПФ nhóm tác giả đã xây dựng bộ KĐĐB 
dựa trên vi mạch điều chế-giải điều chế cân bằng AD630 [8], sử dụng công cụ mô 
phỏng mạch điện Proteus. Kết quả mô phỏng đã khẳng định tính đúng đắn của các 
phân tích tại mục 2 và mô phỏng Matlab Simulink tại mục 4. 
5. THIẾT KẾ THỬ BỘ KĐĐB VÀ THỬ NGHIỆM 
Bảng mạch thử nghiệm (breadboard) có bộ điều chế được thực hiện trên vi 
mạch AD630 để điều chế tín hiệu vào dạng hình sin biến đổi chậm tần số 0,5 Hz 
với tín hiệu chuẩn xung vuông 10 V, 800 Hz; bộ tạo tạp trắng, xem hình 11b. Tín 
hiệu sau điều chế bị suy giảm qua bộ phân áp từ điện trở 1MΩ và biến trở 50kΩ. 
Tạp trắng có thể chỉnh được mức nhờ phân áp từ biến trở 50kΩ và điện trở 10kΩ. 
Tín hiệu sau suy giảm cộng với tạp trắng được cấp tới KĐĐB gồm bộ TSNP trên 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Tên lửa, 09 - 2016 75
vi mạch AD630, bộ lọc đầu ra trên vi mạch LM301.Tại đây tín hiệu được khuếch 
đại tại mạch đầu vào, sau đó, cấp tới đầu vào AD630. 
(b) 
(a) 
(c) 
Hình 11. Bảng mạch bộ KĐ ĐB thử nghiệm và bộ thiết bị đo kiểm (a); Bảng 
mạch thử nghiệm (b); Ảnh in từ màn hình ô xi lô Protek 4200. 
Nhóm tác giả dùng máy phát cấp tín hiệu biên độ 50 mV tới đầu vào, hình 11a. 
Tín hiệu cấp vào bị suy giảm ở mức 626 lần bằng chiết áp. Bộ tạo tạp trắng là một 
mạch điện tự lắp nên không đo định lượng được mức tạp cộng thêm. Ta sử dụng 
chiết áp chỉnh mức tạp để chỉnh cho tín hiệu ra mất ổn định sau đó chỉnh cho tín 
hiệu ra ổn định trở lại, xem hình 15c. Khi tín hiệu ổn định, mức tạp bằng 35 mV. 
Như vậy, tín hiệu bị “trùm” trong tạp lớn gấp gần 450 lần. Với mức S/N như vậy 
mạch thử nghiệm đã tách được tín hiệu hình sin biến đổi chậm ở mức gần 80 μV, 
xem hình 11c. 
Kết luận: Mạch điện thử nghiệm thực tế đã minh họa chính xác cho các phân 
tích và mô phỏng đã thực hiện ở mục 3, 4. 
6. KẾT LUẬN 
Bộ KĐĐB được dùng để phát hiện và đo các tín hiệu nhỏ trên nền nhiễu mạnh, 
để xác định giá trị các tham số của tín hiệu. Bộ KĐĐB hiện đại được sử dụng rộng 
rãi trong kỹ thuật đo lường và điều khiển, kể cả trong lĩnh vực quân sự. 
Các mô hình Simulink đã làm sáng tỏ nguyên lý hoạt động của bộ KĐĐB. Các 
tác giả đã xây dựng được các mô hình hoàn thiện giúp cho nghiên cứu thiết kế các 
bộ phát hiện mục tiêu hoặc thiết bị đo có độ nhạy, độ chính xác cao phục vụ thiết 
kế chế tạo khí tài quân sự mới. 
Các phân tích lý thuyết, kết quả mô phỏng và thử nghiệm mạch điện là cơ sở 
đầy đủ cho việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị nhạy pha kiểu 165-ПФ phục vụ 
đo kiểm các tham số cơ cấu phóng TB bay Igla. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Stanford reseach System (SRS), “Application Note #3: About Lock-In 
Amplifiers”, tr 1. 
Cơ học & Điều khiển thiết bị bay 
Đ. T. Cương, T. T. Nghĩa, “Bộ khuếch đại đồng bộ trong xử lý tín hiệu thiết bị bay.” 76 
[2]. Martin van Exter, “Noise and signal processing” , Universiteit Leiden, 
August 2003, tr. 19-30. 
[3]. Петин Г.П, PГУ, г Ростовского-на-Дону, “Ключевой синхронный 
детектор”, стр. 2. 
[4]. Electro Optical Components, Inc, Application note, “Lock-In Amplifier”. 
[5]. Bản vẽ thiết kế khối 4, khối điện tử khí tài tự dẫn hồng ngoại, (Nga). 
[6]. Bộ tài liệu mô tả kỹ thuật các hệ thống khí tài ZSU-23, (Nga). 
[7]. Stanford Research Systems,“Model SR510 lock in amplifier”, pp. 24-33. 
[8]. Analog Device,“Balanced Modulator/Demodulator AD630”, 2015, pp. 1-20. 
ABSTRACT 
LOCK IN AMPLIFIER (LIA) AND ITS APPLICATIONS IN 
SIGNAL PROCESSING ON FLYING EQUIPMENTS 
An operational principle of a modern lock in amplifier (LIA) is presented 
in the article which analysis of some of its applications in signal processing 
on flying equipments, building simulating models for characteristic 
surveying in its operational forms and modes. Then, on the base of 
researching and simulating of LIA models the article refers to the results of 
experiments of LIA breadboard for design of a alternative device for phase 
sensing device 165-ПФ. 
Keywords: Flying equipment, Signal processing, Lock-in amplifier. 
Nhận bài ngày 15 tháng 6 năm 2016 
Hoàn thiện ngày 20 tháng 8 năm 2016 
Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 9 năm 2016 
Địa chỉ: Viện Tên lửa/Viện KH-CN Quân sự; 
 * Email: dotuancuong64@yahoo.com.vn.