第六章(2)直接與間接調(diào)頻

1、6.7 調(diào)角波的基本性質(zhì)調(diào)角波的基本性質(zhì)6.7.1 瞬時相位和瞬時頻率的概念瞬時相位和瞬時頻率的概念6.7.2 調(diào)角波和調(diào)頻波調(diào)角波和調(diào)頻波6.8 直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路6.8.1 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路6.8.2 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路晶體振蕩器直接調(diào)頻電路6.8.3 電容話筒調(diào)頻電路電容話筒調(diào)頻電路6.8.4 電抗管調(diào)頻電路電抗管調(diào)頻電路6.9 間接調(diào)頻電路間接調(diào)頻電路作業(yè)：作業(yè)：6.32、6.40第第6章章 頻譜變換電路頻譜變換電路6.10 調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波的解調(diào)6.10.1 斜率鑒頻器斜率鑒頻器6.10.2 相位鑒頻器相位鑒頻器6.10.3 比例鑒頻器比例鑒頻器6.1

2、0.4 移相乘積鑒頻器移相乘積鑒頻器6.10.5 脈沖均值鑒頻器脈沖均值鑒頻器*6.10.6 鎖相環(huán)鑒頻器鎖相環(huán)鑒頻器* 6.10.7 跟相環(huán)鑒頻器跟相環(huán)鑒頻器6.11 限幅器限幅器6.11.1 晶體二極管限幅器晶體二極管限幅器6.11.2 晶體三極管限幅器晶體三極管限幅器在通信系統(tǒng)中，角度及解調(diào)電路不同于頻譜搬移電路。它在通信系統(tǒng)中，角度及解調(diào)電路不同于頻譜搬移電路。它是用低頻信號去調(diào)制高頻振蕩的相角，或是從已調(diào)波中解出是用低頻信號去調(diào)制高頻振蕩的相角，或是從已調(diào)波中解出調(diào)制信號所進(jìn)行的頻譜變換，這種變換不是線性變換，而是調(diào)制信號所進(jìn)行的頻譜變換，這種變換不是線性變換，而是非線性變換。因此，

3、非線性變換。因此，我們把角度調(diào)制及調(diào)角波的解調(diào)電路稱我們把角度調(diào)制及調(diào)角波的解調(diào)電路稱為頻譜非線性變換電路為頻譜非線性變換電路。調(diào)頻（）調(diào)頻（）：如果高頻振蕩器的頻率變化量和調(diào)制信號：如果高頻振蕩器的頻率變化量和調(diào)制信號成成正正比，則稱調(diào)頻。比，則稱調(diào)頻。調(diào)相（）調(diào)相（）：如果高頻振蕩器的相位變化量和調(diào)制信號：如果高頻振蕩器的相位變化量和調(diào)制信號成成正正比，則稱調(diào)相。由于頻率的變化和相位的變化都表現(xiàn)為比，則稱調(diào)相。由于頻率的變化和相位的變化都表現(xiàn)為總相角的變化，因此，將總相角的變化，因此，將調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角。. .調(diào)角波的基本性質(zhì)調(diào)角波的基本性質(zhì) 式中，式中，Am為簡諧

4、振蕩的幅度，為簡諧振蕩的幅度， 為簡諧振蕩的總相角為簡諧振蕩的總相角 式中式中 為瞬時角頻率，為瞬時角頻率， 為初始相位。為初始相位。6.7.1 6.7.1 瞬時相位和瞬時頻率的概念瞬時相位和瞬時頻率的概念 對于簡諧振蕩可以寫成一般形式對于簡諧振蕩可以寫成一般形式(t)Aa(t)mcos t dt(t)dt t dttt00)(t0如果如果 是隨時間變化的，瞬時相位為是隨時間變化的，瞬時相位為 00t dttt)(t一般表達(dá)式為一般表達(dá)式為 00cost dtAtatm相位是頻率的積分，頻率是相位的微分。相位是頻率的積分，頻率是相位的微分。6.7.2 6.7.2 調(diào)相波和調(diào)頻波調(diào)相波和調(diào)頻波調(diào)

5、相調(diào)相載波的載波的瞬時相位的變化量與調(diào)制信號成正比瞬時相位的變化量與調(diào)制信號成正比。 根據(jù)定義調(diào)相波的表達(dá)式為根據(jù)定義調(diào)相波的表達(dá)式為(t)uktUupccmPMcos(t)t(t)ukt(t)pcpc tp maxtppk可見可見為比例系數(shù)；為比例系數(shù)；為為瞬時相位偏移瞬時相位偏移；稱為最大相移，或稱稱為最大相移，或稱調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)，以，以mp表示表示瞬時角頻率為：瞬時角頻率為：)()()()(tdttudkdttdtpcpc于是于是dttudktpp)()(mp =max)(tukp 式中，為式中，為瞬時相位偏移瞬時相位偏移，即相對，即相對于的偏移。的最大值稱為最大相移，習(xí)慣上又于的偏移

6、。的最大值稱為最大相移，習(xí)慣上又稱稱調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)，用，用m mf f表示，即表示，即調(diào)頻調(diào)頻載波的載波的瞬時頻率的變化量與調(diào)制信號成正比瞬時頻率的變化量與調(diào)制信號成正比。 調(diào)頻波的表達(dá)式為調(diào)頻波的表達(dá)式為（先對調(diào)制信號積分后，再調(diào)相）（先對調(diào)制信號積分后，再調(diào)相）t(t)ukUut)dt (uktUufccmFMtfccmFMcoscos0或fkf mfffUktukmax為比例系數(shù)；為比例系數(shù)；表示瞬時角頻率相對于表示瞬時角頻率相對于cc的偏移的偏移稱為最大角偏移，簡稱稱為最大角偏移，簡稱頻偏頻偏當(dāng)當(dāng)00時，時，可得調(diào)頻波的瞬時相位可得調(diào)頻波的瞬時相位 ttt)dt (ukt(t)fct

7、fc0t)dt (uk(t)tff0tc(t)fmax0td)t (ukmtff調(diào)相與調(diào)頻的區(qū)別調(diào)相與調(diào)頻的區(qū)別 1、調(diào)相、調(diào)相 瞬時相位瞬時相位 調(diào)相指數(shù)（調(diào)相指數(shù)（相位偏移相位偏移） 瞬時角頻偏瞬時角頻偏 角頻偏角頻偏 2、調(diào)頻、調(diào)頻 瞬時頻率瞬時頻率 瞬時相位偏移瞬時相位偏移 調(diào)頻指數(shù)（調(diào)頻指數(shù)（相位偏移相位偏移） 角頻偏角頻偏)(tUkt(t)mpcmpppUktukmmax)(tmtUkdttduktpmpppsinsin)()(pmppmUktmtUkdttuk(t)fmftmfsinsin)(0ffftukmmax)()(cos)(costtUk(t)fcmfc（與與成正比成正比

8、）（與與成反比成反比）（與與無關(guān)無關(guān)）mpfUk（與與無關(guān)無關(guān)）tmtUtUktUupccmmpccmPMcoscos)(costtUtmtUuccmfccmFMsincossincos6.7.3 調(diào)頻波的頻譜和頻譜寬度調(diào)頻波的頻譜和頻譜寬度tmtUufccmFMsincosttmttmUtmtUucfcfcmfccmFMsinsinsincossincossincos11212) 12sin()(2sinsin)2cos()(2)(sincosnnfnnOftnmjtmtmjmItm調(diào)角波表達(dá)式（調(diào)頻與調(diào)相的表達(dá)式形調(diào)角波表達(dá)式（調(diào)頻與調(diào)相的表達(dá)式形式相似，可以統(tǒng)一表示）式相似，可以統(tǒng)一表示

9、）u 調(diào)角波的頻譜調(diào)角波的頻譜利用三角函數(shù)公式，上式改寫為利用三角函數(shù)公式，上式改寫為在貝塞爾函數(shù)理論中，有如下關(guān)系式在貝塞爾函數(shù)理論中，有如下關(guān)系式j(luò)o(m)是以是以m為實數(shù)的為實數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)階第一類貝塞爾函數(shù)于是，調(diào)角波表達(dá)式為于是，調(diào)角波表達(dá)式為.)5cos()5cos()()4cos()4cos()()3cos()3cos()()2cos()2cos()()cos()cos()()cos()(.sin5sin)(2)cos()4cos()(2sin3sin)(2)cos()2cos()(2sinsin)(2)cos()(sin) 12sin()(2)cos()cos()(2

10、)(sinsinsin)cos(sincos)(543215432111212ttmJUttmJUttmJUttmJUttmJUtmJUttmJttmjttmjttmJttmJtmJUttnmJttmJmJUttmttmUtuccmccmccmccmccmcOmccccccOmcnncnnOmcfcfmFM 上式表明，上式表明，單音頻單音頻調(diào)頻時，調(diào)頻波的頻譜不調(diào)頻時，調(diào)頻波的頻譜不是調(diào)制信號頻譜的簡單搬移，而是由載波分量是調(diào)制信號頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。其中，和無數(shù)對邊頻分量所組成。其中，n為奇數(shù)為奇數(shù)時，時，上下兩邊頻等幅反極性；上下兩邊頻等幅反極性；n為偶數(shù)

11、為偶數(shù)時，上下兩邊時，上下兩邊頻分量等幅同極性。所有各分量的振幅都隨頻分量等幅同極性。所有各分量的振幅都隨m和和而變化；當(dāng)而變化；當(dāng)m m為某特定值為某特定值時，載波分量的振時，載波分量的振幅等于零。幅等于零。 調(diào)角波的特點：調(diào)角波的特點：1)(2nnmj1、調(diào)角波的平均功率等于各分量平均功率之和，因為、調(diào)角波的平均功率等于各分量平均功率之和，因為 單位電阻上調(diào)角波的平均功率為：單位電阻上調(diào)角波的平均功率為：2)(222cmnncmavUmjUP2、當(dāng)、當(dāng)Ucm一定時，不論一定時，不論為何值，調(diào)角波的平均功率等于為何值，調(diào)角波的平均功率等于載波功率。改變載波功率。改變m m僅會引起載波分量和各

12、邊頻之間功率的僅會引起載波分量和各邊頻之間功率的重新分配，但不會產(chǎn)生總功率的變化。重新分配，但不會產(chǎn)生總功率的變化。u 調(diào)角波的帶寬調(diào)角波的帶寬 理論上說，帶寬是無窮寬。但是，當(dāng)理論上說，帶寬是無窮寬。但是，當(dāng)m一定時，隨著一定時，隨著n的的增大，增大，jn(m)的值趨于減小。忽略掉極小的分量后，調(diào)角波的的值趨于減小。忽略掉極小的分量后，調(diào)角波的有效頻譜寬度有效頻譜寬度為為 B=2(1+m)F對于對于調(diào)頻波調(diào)頻波 m = /= /= f / F因此，因此， B = 2(1+m)F = 2(F+f)若若 m1(一般一般0.2)，則，則B 2F （此時與調(diào)幅波一樣）（此時與調(diào)幅波一樣）若若 m 1

13、，則，則 f FB = 2(1+m)F = 2mF = 2f 對于對于調(diào)相波調(diào)相波，由于，由于mp=kpU ，當(dāng)當(dāng)mp（即（即U m ）一定時）一定時,B與與F有關(guān)，有關(guān)，F(xiàn)大，大，B就大。問題：如按就大。問題：如按Fmax設(shè)計帶寬，當(dāng)調(diào)制頻率設(shè)計帶寬，當(dāng)調(diào)制頻率低時，帶寬沒有得到充分利用。對于低時，帶寬沒有得到充分利用。對于調(diào)頻波調(diào)頻波，不存在這個問題，不存在這個問題，因為因為mf= /=f/F,隨調(diào)制頻率的提高而減小，隨調(diào)制頻率的提高而減小，B變化不大。變化不大。因此，在模擬通信系統(tǒng)中，常用調(diào)頻，而不用調(diào)相。因此，在模擬通信系統(tǒng)中，常用調(diào)頻，而不用調(diào)相。直接調(diào)頻就是用調(diào)制信號去控制高頻振蕩

14、器的振蕩頻率，直接調(diào)頻就是用調(diào)制信號去控制高頻振蕩器的振蕩頻率，使它不失真地反映調(diào)制信號的變化規(guī)律使它不失真地反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。因此，凡是能直接。因此，凡是能直接影響振蕩頻率的元件或參數(shù)，只要用調(diào)制信號去控制，使振影響振蕩頻率的元件或參數(shù)，只要用調(diào)制信號去控制，使振蕩頻率的變化量能隨調(diào)制信號而線形變化，都可以完成直接蕩頻率的變化量能隨調(diào)制信號而線形變化，都可以完成直接調(diào)頻的任務(wù)。調(diào)頻的任務(wù)。在在正弦波振蕩器正弦波振蕩器中，由于其振蕩頻率主要取決于振蕩中，由于其振蕩頻率主要取決于振蕩回路的電感量和電容量，所以在振蕩回路中接入可控電抗回路的電感量和電容量，所以在振蕩回路中接入可控電抗器，就可

15、以實現(xiàn)直接調(diào)頻。器，就可以實現(xiàn)直接調(diào)頻。6.8 6.8 直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻電路可控電抗器的種類可控電抗器的種類: :u聲波控制的聲波控制的電容式話筒電容式話筒或或駐極體話筒駐極體話筒，u電壓控制的電壓控制的變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管和和電抗管電抗管，u電流控制的電流控制的可變電感可變電感等。等。 只要將可控電抗器接入振蕩器的振蕩回路，就能利只要將可控電抗器接入振蕩器的振蕩回路，就能利用振蕩器產(chǎn)生調(diào)頻波。用振蕩器產(chǎn)生調(diào)頻波。6.6.1.1變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管是利用變?nèi)荻O管是利用PNPN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓（反偏）變化結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓（反偏）變化這一特性制成的一種電壓控

16、制的可控電抗器這一特性制成的一種電壓控制的可控電抗器。將變?nèi)荻O管。將變?nèi)荻O管接入振蕩器的振蕩回路，用調(diào)制電壓去控制變?nèi)莨艿碾娊尤胝袷幤鞯恼袷幓芈罚谜{(diào)制電壓去控制變?nèi)莨艿碾娙萘?，從而控制振蕩器的振蕩頻率達(dá)到調(diào)頻的目的。容量，從而控制振蕩器的振蕩頻率達(dá)到調(diào)頻的目的。變?nèi)荻O管結(jié)電容（勢壘電容）可用下式表示變?nèi)荻O管結(jié)電容（勢壘電容）可用下式表示)1 (0DjjVuCC變?nèi)莨芗由掀秒妷汉驼{(diào)制電壓后，總的控制電壓為變?nèi)莨芗由掀秒妷汉驼{(diào)制電壓后，總的控制電壓為tUV(T)UVumQQcos由以上兩式得由以上兩式得QDmcDQjjQcjQQDmDQjDmQjDjjVVUm)VV(CCt)m(C

17、)VVtU()VV(C)VtUV(CVu(CC,1,cos1cos11 cos1)10000CjQ為靜態(tài)電容為靜態(tài)電容,Mc為電容調(diào)制度為電容調(diào)制度式中，式中， 變?nèi)莨茏鳛檎袷幓芈返目傠娙葑內(nèi)莨茏鳛檎袷幓芈返目傠娙?(全接入全接入) 下圖為變?nèi)荻O管接入振蕩回路下圖為變?nèi)荻O管接入振蕩回路的交流等效電路。的交流等效電路。22)1 ()(1 (1)(xVVtuLCxcQDcj 設(shè)振蕩頻率近似等于振蕩回路的振蕩頻率，且忽略加在設(shè)振蕩頻率近似等于振蕩回路的振蕩頻率，且忽略加在變?nèi)莨苌系母哳l電壓。則瞬時角頻率為：變?nèi)莨苌系母哳l電壓。則瞬時角頻率為：QDjQcVVtuxLC)(1當(dāng)當(dāng)=2=2時，為不失真

18、調(diào)頻。時，為不失真調(diào)頻。 . .變?nèi)莨茏內(nèi)莨懿糠纸尤氩糠纸尤胝袷幓芈氛袷幓芈?為了提高載波頻率穩(wěn)定度，往往采用變?nèi)莨懿糠纸尤胝駷榱颂岣咻d波頻率穩(wěn)定度，往往采用變?nèi)莨懿糠纸尤胝袷幓芈返霓k法?；芈房傠娙菔幓芈返霓k法?；芈房傠娙輏QQjQCCCpCCpK222,2式中：jjCCCCCC221在工作點處（在工作點處（ u=0=0）,回路總電容回路總電容jQjQQCCCCCC221加上調(diào)制電壓后，總電容的變化量為：加上調(diào)制電壓后，總電容的變化量為：jQjQjjjQCCCCCCCCCCCCtC221221)(經(jīng)推演計算，得到振蕩頻率與調(diào)制信號的關(guān)系為：經(jīng)推演計算，得到振蕩頻率與調(diào)制信號的關(guān)系為：tAtAA

19、Kftfc2coscos)(2103322120212411412188141CcccCmAmAmmAmA 在瞬時頻率的變化中，含有在瞬時頻率的變化中，含有 （1）與調(diào)制信號成線性關(guān)系的部分）與調(diào)制信號成線性關(guān)系的部分ccccKfmmfKAf212188（2）與調(diào)制信號的二次、三次諧波成非線性部分）與調(diào)制信號的二次、三次諧波成非線性部分ccccccKfmfKAfKfmfKAf33322221241141（3）中心頻率偏移）中心頻率偏移ccccKfmfKAf20141當(dāng)當(dāng)=1=1時，二次、三次諧波非線性失真系數(shù)及中心頻移均為零。時，二次、三次諧波非線性失真系數(shù)及中心頻移均為零。6.6. .晶體振

20、蕩器直接調(diào)頻電路晶體振蕩器直接調(diào)頻電路在某些實際情況下，為了滿足中心頻率穩(wěn)定度較高的要在某些實際情況下，為了滿足中心頻率穩(wěn)定度較高的要求，有時采用石英晶體振蕩器直接調(diào)頻電路。求，有時采用石英晶體振蕩器直接調(diào)頻電路。 晶體振蕩器有晶體振蕩器有兩種兩種：一種是工作在石英晶體的：一種是工作在石英晶體的串聯(lián)振蕩頻串聯(lián)振蕩頻率率上，晶體等效為一個上，晶體等效為一個短路元件短路元件，起著選頻的作用；，起著選頻的作用；另一種另一種是工作于晶體是工作于晶體串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率之間串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率之間，晶體等效為一個高，晶體等效為一個高品質(zhì)因數(shù)的品質(zhì)因數(shù)的電感元件電感元件，作為振蕩元件之一。，作為振蕩元件之一。

21、通常是利用變?nèi)荻O管控制后一種晶體振蕩器的振蕩頻率通常是利用變?nèi)荻O管控制后一種晶體振蕩器的振蕩頻率來實現(xiàn)調(diào)頻來實現(xiàn)調(diào)頻。如果如果電容二極管電容二極管與與石英晶體石英晶體串聯(lián)串聯(lián)，其等效電路和電抗特性，其等效電路和電抗特性如下圖所示。如下圖所示。 利用這個原理，用調(diào)制利用這個原理，用調(diào)制信號改變信號改變j j的方法可以改的方法可以改變晶體振蕩器的振蕩頻率變晶體振蕩器的振蕩頻率, ,從而達(dá)到調(diào)頻的目的。由從而達(dá)到調(diào)頻的目的。由于于j j與石英晶體串聯(lián)，而與石英晶體串聯(lián)，而f fq q和和f fp p又靠得近，因而調(diào)頻又靠得近，因而調(diào)頻的的頻偏頻偏 很小很小，相對頻，相對頻偏只能達(dá)到偏只能達(dá)到.

22、.左右。左右。cff 為了擴(kuò)大頻偏，可采用為了擴(kuò)大頻偏，可采用電感電感與石英晶振與石英晶振串、并串、并聯(lián)聯(lián)，增大晶振的串、并聯(lián)諧振頻率的間隔。，增大晶振的串、并聯(lián)諧振頻率的間隔。并聯(lián)電感并聯(lián)電感串聯(lián)電感串聯(lián)電感6.6. .電容話筒調(diào)頻電路電容話筒調(diào)頻電路電容花筒在聲波作用下，內(nèi)部的金屬薄膜產(chǎn)生振動，會引電容花筒在聲波作用下，內(nèi)部的金屬薄膜產(chǎn)生振動，會引起薄膜與另一電極之間電容量的變化。如果把電容式話筒直起薄膜與另一電極之間電容量的變化。如果把電容式話筒直接接到振蕩器的諧振回路中，作為回路電抗就可構(gòu)成調(diào)頻電接接到振蕩器的諧振回路中，作為回路電抗就可構(gòu)成調(diào)頻電路。路。下圖是電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機(jī)實例

23、。下圖是電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機(jī)實例。 這是這是電容電容式三點式式三點式振蕩振蕩電路。利用發(fā)電路。利用發(fā)射結(jié)電容，產(chǎn)射結(jié)電容，產(chǎn)生正反饋。生正反饋。6.6. .電抗管調(diào)頻電路電抗管調(diào)頻電路 電抗管與變?nèi)莨芤粯?，也是一種電壓控制的可控電抗器。電抗管與變?nèi)莨芤粯?，也是一種電壓控制的可控電抗器。受控源可以是電子管、晶體管和場效應(yīng)管。受控源可以是電子管、晶體管和場效應(yīng)管。下圖為場效應(yīng)管下圖為場效應(yīng)管構(gòu)成的電抗管原理圖。構(gòu)成的電抗管原理圖。12122112PgPDSSgDmPgDSSDmmgmDAAVuVIdudigVuIIZgZZZUgUUgUIUIUZ式中AA兩端的等效阻抗兩端的等效阻抗ZAA取決于取決

24、于Z1和和Z2，在，在Z1大大于大大于Z2時，與時，與gm成反比，成反比，gm與與ug成正比。當(dāng)調(diào)制電壓加在柵極成正比。當(dāng)調(diào)制電壓加在柵極時，時， ZAA就受控于調(diào)制電壓。就受控于調(diào)制電壓。在直接調(diào)頻電路中，為了提高中心頻率的穩(wěn)定度必須采取在直接調(diào)頻電路中，為了提高中心頻率的穩(wěn)定度必須采取一些措施。在這些措施中，即使對晶體管振蕩器直接調(diào)頻，一些措施。在這些措施中，即使對晶體管振蕩器直接調(diào)頻，其其中心頻率穩(wěn)定度也不如不調(diào)頻的晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度中心頻率穩(wěn)定度也不如不調(diào)頻的晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度高高，而且其，而且其相對頻移太小相對頻移太小。若調(diào)制不在晶體振蕩器進(jìn)行，而。若調(diào)制不在晶體振蕩器進(jìn)行，而是在其后的某一級放大器中進(jìn)行，將調(diào)制信號是在其后的某一級放大器中進(jìn)行，將調(diào)制信號積分以后積分以后對晶對晶振送來的載波進(jìn)行振送來的載波進(jìn)行調(diào)相調(diào)相，對積分前的信號（即調(diào)制信號）而，對積分前的信號（即調(diào)制信號）而言，就可以得到調(diào)頻波了，這就是言，就可以得到調(diào)頻波了，這就是間接調(diào)頻間接調(diào)頻。顯然，這時。顯然，這時中中心頻率穩(wěn)定度就等于晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度心頻率穩(wěn)定