《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路

第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路

教學(xué)基本要求1.掌握調(diào)角信號(hào)的定義、表示式、波形、頻譜等基本特征。2.掌握典型的角度調(diào)制與解調(diào)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法和性能特點(diǎn)。3.了解數(shù)字角度調(diào)制的典型調(diào)制與解調(diào)方式及其實(shí)現(xiàn)方法。第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路

教學(xué)基本要求1本章教學(xué)內(nèi)容7.1概述7.2頻率調(diào)制電路7.3相位調(diào)制電路7.4集成調(diào)頻發(fā)射機(jī)7.5調(diào)相信號(hào)解調(diào)電路(鑒相器)7.6調(diào)頻信號(hào)解調(diào)電路(鑒頻器)7.7數(shù)字角度調(diào)制與解調(diào)《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路2概述7.1.1角度調(diào)制的定義、特點(diǎn)與用途

1.角度調(diào)制的定義載波振蕩的振幅不變，而其總瞬時(shí)相角隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)按一定關(guān)系變化。

角度調(diào)制分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制。(1)相位調(diào)制的定義載波振蕩的振幅不變，而其瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)相波，常用PM表示。(2)頻率調(diào)制的定義載波振蕩的振幅不變，而其瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)頻波，常用FM表示。概述32.角度調(diào)制的特點(diǎn)具有抗干擾能力強(qiáng)和較高的載波功率利用系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)；

但占有更寬的傳送頻帶。3.角度調(diào)制的用途頻率調(diào)制主要應(yīng)用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙測遙控等；相位調(diào)制主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)中的移相鍵控。《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路47.1.2調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位高頻振蕩信號(hào)的一般表示式為式中,Um為高頻振蕩的振幅,θ(t)為高頻振蕩的總瞬時(shí)相角。在未調(diào)制狀態(tài),即調(diào)制信號(hào)uΩ(t)=0。高頻振蕩信號(hào)是載波信號(hào),稱為載波狀態(tài)。設(shè)高頻載波信號(hào)的角頻率為ωc,初始相位為0,其數(shù)學(xué)表示式為

1.調(diào)相波

根據(jù)定義，高頻振蕩的振幅Um不變，而瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)線性關(guān)系變化。即式中，KP為比例常數(shù)，單位是弧度／伏(rad／V)。7.1.2調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位5調(diào)相波的一般數(shù)學(xué)表示式為調(diào)相波的瞬時(shí)角頻率為

2.調(diào)頻波根據(jù)定義，高頻振蕩的振幅Um不變，而瞬時(shí)角頻率與隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)線性關(guān)系變化。即式中，Kf為比例常數(shù)，單位是弧度／秒·伏(rad／s·V)。調(diào)頻波的瞬時(shí)相位為則調(diào)頻波的一般數(shù)學(xué)表示式為調(diào)相波的一般數(shù)學(xué)表示式為67.1.3調(diào)角波的調(diào)制指數(shù)和最大頻移

調(diào)相波與調(diào)頻波的比較調(diào)相波調(diào)頻波數(shù)學(xué)表示式瞬時(shí)相位瞬時(shí)角頻率最大相移最大頻移7.1.3調(diào)角波的調(diào)制指數(shù)和最大頻移

7

1.調(diào)制指數(shù)調(diào)角波調(diào)制指數(shù)的定義：

調(diào)角波的最大相移稱為調(diào)制指數(shù)。

(1)調(diào)相波的調(diào)相指數(shù)，

(2)調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù)。

例如,調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)=UΩmcosΩt,載波信號(hào)為uc(t)=Ucmcosωct，則調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式為式中，mP為調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)，其值為1.調(diào)制指數(shù)8

而調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式為式中，mf為調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，其值為

9

2.最大頻移

調(diào)相波的最大頻移

為

調(diào)頻波的最大頻移為

3.結(jié)論①調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)mP與調(diào)制信號(hào)頻率Ω無關(guān)，最大頻移與調(diào)制信號(hào)頻率成正比。②調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mf與調(diào)制信號(hào)頻率Ω成反比，最大頻移與調(diào)制信號(hào)頻率無關(guān)。③調(diào)相波和調(diào)頻波的最大頻移均等于調(diào)制指數(shù)m與調(diào)制信號(hào)頻率Ω的乘積。2.最大頻移10

三個(gè)頻率參數(shù)的說明單頻調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波均包含有截然不同的三個(gè)頻率參數(shù)。

(1)載波角頻率ωc，它表示調(diào)制信號(hào)為零時(shí)的信號(hào)角頻率，即調(diào)角波的中心角頻率；

(2)最大角頻移Δωm，它表示調(diào)制信號(hào)變化時(shí)，瞬時(shí)角頻率偏離中心角頻率的最大值；

(3)調(diào)制信號(hào)角頻率Ω，它表示調(diào)角波的瞬時(shí)角頻率從最大值ωc+Δωm到最小值ωc-Δωm之間往返變化的角頻率。因?yàn)轭l率的變化總是伴隨著相位的變化，因此Ω也表示瞬時(shí)相位在其最大值和最小值之間變化的角頻率。

11

7.1.4調(diào)角波的波形

7.1.4調(diào)角波的波形12例7.1.1調(diào)制信號(hào)為三角波時(shí)，畫出相對應(yīng)的調(diào)相波和調(diào)頻波的波形,并比較調(diào)相波和調(diào)頻波的波形差別。解：例7.1.1調(diào)制信號(hào)為三角波時(shí)，畫出相對應(yīng)的13

7.1.5調(diào)角波的頻譜和頻譜寬度

單頻調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波的表達(dá)式是相似的，因此，它們具有相同的頻譜。下面僅討論調(diào)頻波的頻譜。設(shè)調(diào)制信號(hào)，載波信號(hào)uc(t)=Ucmcosωct，則調(diào)頻波的表示式為進(jìn)行三角變換式中，和均可直接展開成傅里葉級(jí)數(shù)其中n均取正整數(shù)。是以為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)。

7.1.5調(diào)角波的頻譜和頻譜寬度14圖第一類貝塞爾函數(shù)曲線

其數(shù)值可查表或查圖所示曲線。

利用三角變換式《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路15由調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式從上式可以看出，由單音頻調(diào)制的調(diào)頻波，其頻譜特點(diǎn)①調(diào)頻波的頻譜不是調(diào)制信號(hào)的頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。②奇數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相反；偶數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相同。

從上式可以看出，由單音頻調(diào)制的調(diào)頻波，其頻譜具有以下特點(diǎn)①調(diào)頻波的頻譜不是調(diào)制信號(hào)的頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。②奇數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相反；偶數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相同。+…載頻

第一對邊頻

第二對邊頻

第三對邊頻

第四對邊頻

由調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式+…載頻第一對邊頻16③載波分量和各邊頻分量的振幅均與mf有關(guān)。mf越大，有效邊頻分量越多。這與調(diào)幅波是不同的，單頻調(diào)制下，調(diào)幅波的邊頻數(shù)目與調(diào)制指數(shù)ma無關(guān)。④對于某些mf值，載波或某邊頻振幅為零。貝塞爾函數(shù)值可用下列無窮級(jí)數(shù)近似計(jì)算

調(diào)角波的頻譜包含有無限多對邊頻分量，理論上它的頻譜寬度是無限大。在實(shí)際應(yīng)用中，在工程應(yīng)用上,應(yīng)該怎樣思考和近似估算?

作為信息傳輸,傳輸一路信號(hào)的頻譜寬度是無限大,顯然是不適用的。希望其頻譜寬度為有限值。③載波分量和各邊頻分量的振幅均與mf有關(guān)。mf越17

為什么可近似認(rèn)為調(diào)角波的頻譜寬度是有限的?因?yàn)楫?dāng)m(mf或mP)一定時(shí)，隨著邊頻對數(shù)n的增加，Jn(m)的數(shù)值雖有起伏，但總的趨勢是減小的。特別當(dāng)n＞m時(shí)，Jn(m)的數(shù)值很小。并且，其值隨著n的增加而迅速下降。因此，在忽略振幅很小的邊頻分量時(shí)，可認(rèn)為調(diào)角波占有的有效頻譜寬度是有限的。

工程上的近似，通常規(guī)定，凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅10%(或1%，根據(jù)不同要求而定)的邊頻分量均可忽略不計(jì)，保留下來的頻譜分量就確定了調(diào)角波的頻譜寬度。(1)在高質(zhì)量通信系統(tǒng)中，常以忽略小于1%未調(diào)制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。其確定方法是可查表。若滿足關(guān)系式|Jn(m，|Jn+1(m)|＜則頻譜寬度為B=2nF

(F為調(diào)制信號(hào)頻率)

為什么可近似認(rèn)為調(diào)角波的頻譜寬度是有限的?18《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路19(2)在中等質(zhì)量通信系統(tǒng)中，以忽略小于10%未調(diào)制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。當(dāng)n＞m+1時(shí)，Jn(m)恒小于。因此頻譜寬度為

BCR=2(m+1)F

(計(jì)算通式)

在一些特定條件下，計(jì)算式還可以簡化，當(dāng)調(diào)制指數(shù)m＞＞1時(shí)，BCR≈2mF；當(dāng)調(diào)制指數(shù)m＜＜1時(shí)，BCR≈2F。應(yīng)該注意的是：調(diào)頻波計(jì)算用調(diào)頻指數(shù)mf；調(diào)相波計(jì)算用調(diào)相指數(shù)mP。對于調(diào)頻波

對于調(diào)相波

(2)在中等質(zhì)量通信系統(tǒng)中，以忽略小于10%未調(diào)20例調(diào)角波,試計(jì)算說明：(1)調(diào)角波的載波頻率；(2)調(diào)角波的調(diào)制信號(hào)頻率F；(3)最大相移m；(4)最大頻偏；(5)信號(hào)頻譜寬BCR；(6)能否確定是調(diào)頻波還是調(diào)相波?解：(1)載波頻率；(2)調(diào)制信號(hào)頻率；(3)最大相移10rad；(4)最大頻偏；(5)信號(hào)頻譜寬度；

(6)由于不知道調(diào)制信號(hào)的類型，不能確定是調(diào)頻波還是調(diào)相波。如果調(diào)制信號(hào)為正弦波，則為調(diào)頻波。如果調(diào)制信號(hào)為余弦波，則為調(diào)相波。例調(diào)角波21例已知某調(diào)頻電路單位調(diào)制電壓產(chǎn)生頻偏為1kHz，調(diào)頻電路的輸出載波電壓，調(diào)制信號(hào)電壓

。試求：(1)調(diào)頻指數(shù)

(2)最大頻偏；

(3)有效頻帶寬度；(4)調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式。解：(1)調(diào)頻指數(shù)

式中，的單位是rad/(s·V)，而的單位是Hz/V。它們都是單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的頻率偏移，只不過是單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的角頻率偏移。在分析計(jì)算時(shí)應(yīng)該特別注意是用還是用，它們的單位是不同的。由題意知,則例已知某調(diào)頻電路單位調(diào)制電壓產(chǎn)生頻偏為1kH22

(2)最大頻偏

(3)有效頻帶寬度

(4)調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式

注意：以上例題只是單頻調(diào)制信號(hào)的有關(guān)計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)制信號(hào)不是單頻而是多頻的復(fù)雜信號(hào)。實(shí)踐表明，大多數(shù)多頻調(diào)頻信號(hào)占有的有效頻譜寬度仍可用單頻調(diào)制時(shí)的公式計(jì)算,但調(diào)制信號(hào)頻率F用調(diào)制信號(hào)中的最高頻率Fmax代替,Δfm用最大頻偏(Δfm)max代替。例如,在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中,按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(Δfm)max=75kHz,調(diào)制信號(hào)F為50Hz～15kHz,計(jì)算可得(2)最大頻偏23例已知某調(diào)頻電路的調(diào)制靈敏度，調(diào)制信號(hào)電壓，輸出載波信號(hào)電壓。試寫出輸出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式最大頻率偏移和BCR。解(1)因?yàn)?，對的調(diào)制信號(hào)對的調(diào)制信號(hào)

則調(diào)頻波數(shù)學(xué)表示式為

例已知某調(diào)頻電路的調(diào)制靈敏度24

(2)最大頻率偏移因?yàn)閠=0時(shí),則(3)BCR例已知某調(diào)頻電路要求最大頻偏，調(diào)制信號(hào)，電路輸出載波信號(hào)電壓，試寫出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式及BCR。解：因?yàn)?2)最大頻率偏移25所以對于V的調(diào)制信號(hào)對于V的調(diào)制信號(hào)《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路26

7.1.6角度調(diào)制電路的功能

1.相位調(diào)制電路的功能

將輸入的調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)通過電路變換成高頻調(diào)相波。若輸入調(diào)制信號(hào)為時(shí)，且輸出高頻載波信號(hào)為，其輸出調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為調(diào)相波的頻譜寬度決定于的大小。調(diào)相電路的功能可以用輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的頻譜表示圖7.1.4調(diào)相電路功能的頻譜表示

7.1.6角度調(diào)制電路的功能27

2.頻率調(diào)制電路的功能

將輸入的調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)通過電路變換成高頻調(diào)頻波。若輸入調(diào)制信號(hào)為,且輸出高頻載波信號(hào)為，其輸出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式為調(diào)頻波的頻譜寬度決定于的大小。調(diào)頻電路的功能也可以用輸入與輸出頻譜表示圖7.1.5調(diào)頻電路功能的頻譜表示2.頻率調(diào)制電路的功能28

7.1.7調(diào)角信號(hào)的解調(diào)電路的功能

1.調(diào)相波解調(diào)電路的功能

從調(diào)相波中取出原調(diào)制信號(hào)，也稱為鑒相器。

當(dāng)輸入調(diào)相波時(shí)，其輸出電壓。因?yàn)?，輸入調(diào)相波的頻譜為、、、，經(jīng)鑒相器解調(diào)輸出頻譜為。7.1.7調(diào)角信號(hào)的解調(diào)電路的功能29

2.調(diào)頻波解調(diào)電路的功能

從調(diào)頻波中取出原調(diào)制信號(hào)，也稱鑒頻器。當(dāng)輸入調(diào)頻波時(shí)，解調(diào)輸出電壓。因?yàn)?，輸入調(diào)頻波的頻譜為、、、，經(jīng)鑒頻器解調(diào)輸出頻譜為。2.調(diào)頻波解調(diào)電路的功能30

7.2頻率調(diào)制電路

7.2.1調(diào)頻電路的分類與要求

1.調(diào)頻電路的分類因?yàn)轭l率調(diào)制不是頻譜線性搬移過程，調(diào)頻電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構(gòu)成。

直接調(diào)頻電路調(diào)頻電路的分類間接調(diào)頻電路(1)直接調(diào)頻

利用調(diào)制信號(hào)直接控制載波振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律。用調(diào)制信號(hào)去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的可變電抗元件的電抗值，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。

7.2頻率調(diào)制電路31圖7.2.1可變電抗調(diào)頻示意圖

可變電抗元件可以采用變?nèi)荻O管或電抗管電路。目前，最常用的是變?nèi)荻O管。若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制電壓去控制決定振蕩頻率的積分電容的充放電電流，從而控制振蕩頻率。

直接調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)是易于得到比較大的頻偏，但其中心頻率穩(wěn)定度不易做得很高。

《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路32(2)間接調(diào)頻

先將調(diào)制信號(hào)積分,然后通過調(diào)相的方法間接實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。圖間接調(diào)頻原理方框圖若將調(diào)制信號(hào)先通過積分器得，然后再通過調(diào)相器進(jìn)行調(diào)相，即可得到調(diào)制信號(hào)為的調(diào)相波，即實(shí)際上u(t)是調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)的調(diào)頻波。

(2)間接調(diào)頻33

2.調(diào)頻電路的要求對于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，一般有以下幾方面的要求：①具有線性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系變化。②具有較高的調(diào)制靈敏度。即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的振蕩頻率偏移要大。③最大頻率偏移Δfm與調(diào)制信號(hào)頻率無關(guān)。④未調(diào)制的載波頻率(即已調(diào)波的中心頻率)應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。⑤無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路34

7.2.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

1.變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管的反向電壓與其結(jié)電容呈非線性關(guān)系。其結(jié)電容Cj與反向偏置電壓ur之間有如下關(guān)系：式中，為PN結(jié)的勢壘電壓，為時(shí)的結(jié)電容；為電容變化系數(shù)。將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會(huì)明顯地隨調(diào)制電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的。7.2.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路35

2.基本原理變?nèi)荻O管是振蕩回路的一個(gè)組成部分，加在變?nèi)荻O管上的反向電壓為式中，VQ=VCC-VB是加在變?nèi)荻O管上的直流偏置電壓；uΩ(t)為調(diào)制信號(hào)電壓。設(shè)圖變?nèi)荻O管調(diào)頻電路則反向電壓為只要適當(dāng)選取變?nèi)荻O管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化與調(diào)制信號(hào)近似成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

變?nèi)荻O管偏置電路

正弦波振蕩電路

高頻扼流圈2.基本原理變?nèi)荻O管偏置電路正弦波振蕩電路高頻36

3.電路分析

加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓uΩ(t)=0時(shí)，即為載波狀態(tài)。此時(shí)ur(t)=VQ

，對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為CjQ3.電路分析37當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓uΩ(t)=UΩmcosΩt時(shí)，對應(yīng)的變?nèi)荻O管的結(jié)電容與載波狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容的關(guān)系是

令m=UΩm／(UD+VQ)為電容調(diào)制度，則可得上式表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的關(guān)系。當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓uΩ(t)=UΩmcosΩt時(shí)，對38

(1)變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容設(shè)C1未接入，Cc較大，即回路的總電容僅是變?nèi)荻O管的結(jié)電容。

并認(rèn)為加在變?nèi)荻O管上的高頻電壓很小，可忽略其對變?nèi)荻O管電容量變化的影響，則瞬時(shí)振蕩角頻率為因?yàn)槲醇诱{(diào)制信號(hào)時(shí)的載波頻率，所以(1)變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容39根據(jù)線性調(diào)頻的要求，當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容時(shí)，實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)γ=2。即

結(jié)論：當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容時(shí)，實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)γ=2。

若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)γ≠2,會(huì)產(chǎn)生什么不良后果呢?根據(jù)線性調(diào)頻的要求，當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路40

若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)γ不等于2，設(shè)uΩ(t)=UΩmcosΩt,則

對于，可以在mcosΩt=0處展開成為泰勒級(jí)數(shù)，得

通常m＜1，上列級(jí)數(shù)是收斂的。因此，可以忽略三次方項(xiàng)以上的各項(xiàng)，則若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)γ不等于2，41從上式可知，輸出調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生非線性失真和中心頻率偏移。其結(jié)果如下：①調(diào)頻波的最大角頻率偏移《高頻電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路42

②調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生二次諧波失真，其二次諧波失真的最大角頻率偏移調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為

③調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生中心頻率偏移，其偏離值為中心角頻率的相對偏離值為若要調(diào)頻的頻偏大就需增大m，這樣中心頻率偏移量和非線性失真量也會(huì)增大。②調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生二次諧波失真，其二次諧波失真43需注意的是：

在某些應(yīng)用中，要求的相對頻偏較小，而所需要的m也就較小，因此，這時(shí)即使γ不等于2，二次諧波失真和中心頻率偏移也不大。例如在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中，中心頻率fc=88～108MHz，要求的最大頻偏Δfm=75kHz，若所用變?nèi)荻O管的γ=1，由可得m=1.6×10-3～1.4×10-3，這時(shí)對應(yīng)的和都很小。由此可見，在相對頻偏較小的情況下，對變?nèi)荻O管γ值的要求并不嚴(yán)格。需注意的是：44

(2)變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路變?nèi)荻O管在溫度變化或反向偏壓VQ不穩(wěn)時(shí)會(huì)引起結(jié)電容的變化，引起中心頻率較大變化。為了減小中心頻率不穩(wěn)，提高中心頻率穩(wěn)定度，通常采用部分接入的辦法來改善性能。變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路如圖所示。

振蕩回路總電容C∑加調(diào)制信號(hào)uΩ(t)=UΩmcosΩt后，(2)變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路45相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為調(diào)頻特性取決于回路的總電容，而可以看成一個(gè)等效的變?nèi)荻O管，隨調(diào)制電壓的變化規(guī)律不僅決定于變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨調(diào)制電壓的變化規(guī)律，而且還與和的大小有關(guān)。因?yàn)樽內(nèi)荻O管部分接入振蕩回路，其中心頻率穩(wěn)定度比全部接入振蕩回路要高，但其最大頻偏要減小。相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為463.實(shí)際電路舉例(1)變?nèi)荻O管調(diào)頻電路

高頻扼流圈

電容三點(diǎn)式振蕩電路高頻扼流圈

3.實(shí)際電路舉例電容三點(diǎn)式振蕩電路高頻扼流圈47

電路說明：是某通信機(jī)中的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。它是一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器，兩個(gè)串聯(lián)的變?nèi)荻O管經(jīng)電容C5接入諧振回路，調(diào)整電感L的電感量和變?nèi)荻O管的偏置電壓VB可使振蕩器的中心頻率在50MHz到100MHz范圍內(nèi)變化。

調(diào)制電壓uΩ(t)通過高頻扼流圈LP2加到變?nèi)荻O管的負(fù)極上實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。由于是低頻信號(hào)，高頻扼流圈LP1和LP2相當(dāng)于短路,加在兩個(gè)變?nèi)荻O管上的調(diào)制電壓是相同的。采用兩個(gè)變?nèi)荻O管背靠背串接

的方式，由兩個(gè)變?nèi)荻O管代替一個(gè)變?nèi)荻O管。對高頻振蕩電壓來說，每一個(gè)變

容二極管只有原來高頻振蕩電壓的一半，這樣就能減小高頻振蕩電壓對變?nèi)荻O管總電容的影響。

電路說明：48(2)MC1648集成壓控振蕩器直接調(diào)頻圖7.2.7MC1648集成振蕩器直接調(diào)頻電路圖是由MC1648集成壓控振蕩器外接變?nèi)荻O管與電感組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。其中兩個(gè)變?nèi)荻O管的接法也是采用背靠背串聯(lián)連接的形式,特點(diǎn)與前面討論的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路是相同的。(2)MC1648集成壓控振蕩器直接調(diào)頻49

變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺點(diǎn)變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，工作頻率高，易于獲得較大的頻偏，而且在頻偏較小的情況下，非線性失真可以很小。因?yàn)樽內(nèi)荻O管是電壓控制器件，所需調(diào)制信號(hào)的功率很小。這種電路的缺點(diǎn)是偏置電壓漂移和溫度變化等會(huì)改變變?nèi)荻O管的結(jié)電容，即調(diào)頻振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度不高，而在頻偏較大時(shí)，非線性失真較大。

采用簡單的直接調(diào)頻振蕩器難于實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度的要求。目前，穩(wěn)定中心頻率的辦法有：①對石英晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻；②采用自動(dòng)頻率微調(diào)電路；③利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。

50

7.2.3晶體振蕩器直接調(diào)頻

在某些對中心頻率穩(wěn)定度要求很高的場合，可以采用直接對石英晶體振蕩器進(jìn)行調(diào)頻。例如，在88MHz～108MHz波段的調(diào)頻電臺(tái)，為了減小鄰近電臺(tái)的相互干擾，通常規(guī)定各電臺(tái)調(diào)頻信號(hào)中心頻率的絕對穩(wěn)定度不劣于±2kHz，也就是在整個(gè)波段，其相對頻率穩(wěn)定度不劣于10-5數(shù)量級(jí)。

晶體振蕩器直接調(diào)頻電路通常是將變?nèi)荻O管接入并聯(lián)型晶體振蕩器的回路中實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。變?nèi)荻O管接入振蕩回路有兩種形式①與石英晶體串聯(lián)；

②與石英晶體并聯(lián)。

變?nèi)荻O管與石英晶體串聯(lián)的連接方式應(yīng)用得比較廣泛，其作用是改變振蕩支路中的電抗，以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。7.2.3晶體振蕩器直接調(diào)頻51

圖石英晶體振蕩器直接調(diào)頻電路圖是一個(gè)晶體振蕩器直接調(diào)頻電路，其中變?nèi)荻O管與晶體串聯(lián)連接，C4、C5、C6、C7對高頻短路，L為高頻扼流圈。從高頻等效電路來看，它是一個(gè)典型的電容三點(diǎn)式振蕩電路。晶體振蕩器的振蕩頻率只能在fq與fP之間變化。因?yàn)榫w的并聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率相差很小，其調(diào)頻的頻偏不可能大?！陡哳l電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路52晶體的并聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率之差為所以調(diào)頻波的最大頻偏為最大相對頻偏為的值一般為10-3～10-4數(shù)量級(jí)，因此最大相對頻偏很難超過10-3。晶體的并聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率之差為53相位調(diào)制電路

7.3.1調(diào)相電路的分類與要求

可變移相法調(diào)相；

調(diào)相的方法可變時(shí)延法調(diào)相；

矢量合成法調(diào)相。

對調(diào)相電路的要求

①具有線性調(diào)制特性；

②未調(diào)制的載波頻率的頻率穩(wěn)定度要高；

③有較高的調(diào)制靈敏度（即KP要大）；④寄生調(diào)幅要盡可能小。相位調(diào)制電路54

7.3.2可變相移法調(diào)相電路

1.基本原理

圖7.3.1可變相移法調(diào)相電路實(shí)現(xiàn)模型

將載波振蕩信號(hào)電壓通過一個(gè)受調(diào)制信號(hào)電壓控制的相移網(wǎng)絡(luò)，即可以實(shí)現(xiàn)調(diào)相。可控相移網(wǎng)絡(luò)是受調(diào)制信號(hào)電壓控制在上產(chǎn)生相移,且呈線性關(guān)系,即，則輸岀電壓為7.3.2可變相移法調(diào)相電路55

2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路

這是單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路,它是利用由電感L和變?nèi)荻O管組成的諧振回路的諧振頻率隨變?nèi)荻O管結(jié)電容變化而變化來實(shí)現(xiàn)調(diào)相的。諧振頻率受調(diào)制信號(hào)控制。

載波信號(hào)經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò),得到載頻為的受調(diào)制信號(hào)控制的調(diào)相波輸出。

等效諧振回路可控相移網(wǎng)絡(luò)載波信號(hào)輸入調(diào)制信號(hào)輸入調(diào)制信號(hào)控制的相移網(wǎng)絡(luò)2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路等效諧振回路可控相移網(wǎng)絡(luò)載波信56

3.調(diào)相過程(1)當(dāng)調(diào)制電壓uΩ(t)=0時(shí)，9V直流電壓給變?nèi)荻O管提供反向直流偏壓VQ=9V。對應(yīng)結(jié)電容CjQ,諧振回路諧振頻率為對應(yīng)相頻特性如②所示。由于輸入信號(hào)為載波電壓,經(jīng)過相移網(wǎng)絡(luò)時(shí),對應(yīng)相頻特性如②所示,對載波頻率相移為0。輸出電壓與輸入載波相位相同。

3.調(diào)相過程57(2)當(dāng)調(diào)制電壓uΩ(t)>0時(shí),變?nèi)荻O管的反向電壓增大,結(jié)電容減小,諧振回路諧振頻率增大,對應(yīng)相頻特性如①所示,對載波頻率相移為。輸出電壓的相位為。(3)當(dāng)調(diào)制電壓uΩ(t)<0時(shí),變?nèi)荻O管的反向電壓減小,結(jié)電容增大,諧振回路諧振頻率減小,對應(yīng)相頻特性如③所示,對載波頻率相移為。輸出電壓的相位為。(2)當(dāng)調(diào)制電壓uΩ(t)>0時(shí),變?nèi)荻O58

4.電路分析

設(shè)輸入載波信號(hào)為uc(t)=Ucmcosωct，調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)=UΩmcosΩt。由電路得到高頻等效電路,其中電流源輸出電壓即回路電壓u(t)可得出式中，Z(ωc)和分別是諧振回路在ω=ωc上呈現(xiàn)的阻抗幅值和相移。在失諧不很大的條件下，

可表示為4.電路分析59當(dāng)時(shí)，可近似認(rèn)為，故可得(1)當(dāng)調(diào)制電壓uΩ(t)=0時(shí)，諧振回路諧振頻率,(2)當(dāng)調(diào)制電壓為uΩ(t)=UΩmcosΩt時(shí)，變?nèi)荻O管作為回路總電容實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻,在m較小的條件下,諧振回路諧振頻率式中，

且有，得當(dāng)時(shí)，可近似認(rèn)為，故可得60

輸出電壓為幾點(diǎn)說明：①要實(shí)現(xiàn)線性調(diào)相，除了變?nèi)荻O管的電容調(diào)制度m較小外，mP應(yīng)限制在(π/6)rad以下，也就是最大相移為(π/6)rad。②因?yàn)閆(ωc)也受調(diào)制信號(hào)uΩ(t)的控制，這樣等幅的頻率恒定的載波信號(hào)通過諧振頻率受調(diào)制信號(hào)調(diào)變的諧振回路，其輸出電壓將是一個(gè)幅度受調(diào)制信號(hào)控制的調(diào)相波。若Δω(t)很小，其幅度調(diào)制會(huì)很小。③在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要較大的調(diào)相指數(shù)mP，為了增大mP，可以采用多級(jí)單回路構(gòu)成的變?nèi)荻O管調(diào)相電路。輸出電壓為615.典型電路圖三級(jí)單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路

三級(jí)單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路特點(diǎn)：

①三級(jí)單回路的每一個(gè)回路均有一個(gè)變?nèi)荻O管以實(shí)現(xiàn)調(diào)相。

②三個(gè)變?nèi)荻O管的電容量變化均受同一調(diào)制信號(hào)控制。

③為了保證三個(gè)回路產(chǎn)生相等的相移，每個(gè)回路的Q值都可用可變電阻(22kΩ)調(diào)節(jié)。5.典型電路62路④級(jí)間采用小電容(1pF)作為耦合電容，因其耦合弱，可認(rèn)為級(jí)與級(jí)之間的相互影響較小，總相移是三級(jí)相移之和。⑤這種電路能在90°范圍內(nèi)得到線性調(diào)制。

電路的限制條件由于調(diào)制信號(hào)是通過電阻R1和C(三個(gè)電容C1并聯(lián))分壓加到每一個(gè)變?nèi)荻O管上,此電路對調(diào)制信號(hào)的輸入電路參數(shù)值有特定的要求。因?yàn)槭钦{(diào)相電路,故電路應(yīng)選取的條件。

當(dāng)輸入電路滿足,滿足積分電路條件,加在變?nèi)荻O管的電壓是調(diào)制信號(hào)經(jīng)積分后的電壓,調(diào)制電路為間接調(diào)頻。路④級(jí)間采用小電容(1pF)作為耦合電容，因其耦63

7.3.3可變時(shí)延法調(diào)相電路

1.基本原理

圖可變時(shí)延調(diào)相電路方框圖將載波振蕩電壓通過一個(gè)受調(diào)制信號(hào)電壓控制的時(shí)延網(wǎng)絡(luò)，時(shí)延網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓為式中，，則

式中，，uo(t)是調(diào)相波。7.3.3可變時(shí)延法調(diào)相電路64

2.脈沖調(diào)相電路圖脈沖調(diào)相電路方框圖脈沖調(diào)相電路是一種對脈沖波進(jìn)行可控時(shí)延的調(diào)相電路。其組成方框原理圖如圖所示。在調(diào)制信號(hào)電壓uΩ(t)=0時(shí)，對應(yīng)各點(diǎn)的波形如圖所示。主振器是由晶體振蕩器產(chǎn)生的載波振蕩信號(hào)如圖(a)所示，經(jīng)脈沖成形電路(放大、限幅、微分)取出正的等幅等寬的窄脈沖序列如圖(b)所示。2.脈沖調(diào)相電路65(1)在調(diào)制信號(hào)電壓uΩ(t)=0時(shí)圖7.3.7uΩ(t)=0時(shí)各點(diǎn)波形

鋸齒波與VB疊加固定180°相移的正弦載波

Tc/2的等間隔方波載波振蕩信號(hào)等幅等寬的窄脈沖

的鋸齒波

時(shí)間滯后Tc/2的窄脈沖序列

(1)在調(diào)制信號(hào)電壓uΩ(t)=0時(shí)鋸齒波與VB疊加66

(2)當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，因門限電壓不變，故脈沖產(chǎn)生器的輸出脈沖相對于uΩ(t)=0時(shí)的輸出脈沖產(chǎn)生可變延時(shí)τ，如圖所示。當(dāng)鋸齒波是理想線性變化時(shí)，可變延時(shí)為式中,τm=kUΩm為最大延時(shí)，k是鋸齒電壓的變化率的倒數(shù)。

負(fù)號(hào)表示uΩ(t)為正值時(shí),τ為負(fù)值,表示超前；uΩ(t)為負(fù)值時(shí)，

τ為正值，表示滯后。因?yàn)檩敵雒}沖的延時(shí)是受調(diào)制圖

uΩ(t)≠0時(shí)的可變延時(shí)波形

信號(hào)控制，所以用帶通濾波器取出的基波分量相位也受調(diào)制信號(hào)控制，即輸出為調(diào)相波。(2)當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，因門限電壓不變，故脈67為了實(shí)現(xiàn)不失真調(diào)相，τm不能大于Tc/2，考慮到鋸齒波的回掃時(shí)間，最大延時(shí)所以脈沖調(diào)相的調(diào)相波的最大相移mP可達(dá)

脈沖調(diào)相電路可得到較大的相移，而且調(diào)制線性較好，只是電路復(fù)雜些。用脈沖調(diào)相實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻所獲得的調(diào)頻波的線性較好，在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)和電視伴音發(fā)射機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用?！陡哳l電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路687.3.4矢量合成法調(diào)相電路1.基本原理設(shè)調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)，則相應(yīng)的調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式為若最大相移很小，在滿足則有,可得可見，最大相移不大于π/12(rad)時(shí),調(diào)相波可以由兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行矢量合成而成。7.3.4矢量合成法調(diào)相電路69

2.實(shí)現(xiàn)方法由載波信號(hào)電壓和雙邊帶電壓之和實(shí)現(xiàn)圖矢量合成實(shí)現(xiàn)調(diào)相2.實(shí)現(xiàn)方法707.3.5間接調(diào)頻及擴(kuò)展最大頻偏的方法1.間接調(diào)頻原理若將調(diào)制信號(hào)先通過積分器得，然后再通過調(diào)相器進(jìn)行調(diào)相，即可得到調(diào)制信號(hào)為的調(diào)相波，即

實(shí)際上u(t)是調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)的調(diào)頻波。7.3.5間接調(diào)頻及擴(kuò)展最大頻偏的方法71

2.三級(jí)單回路變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路

圖三級(jí)單回路變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路圖是一個(gè)三級(jí)單回路變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路。

關(guān)鍵是調(diào)制信號(hào)加到變?nèi)荻O管上是經(jīng)過了R1(470kΩ)和C(3個(gè)并聯(lián))的積分電路,然后再調(diào)相。

因?yàn)殡娐吩谡{(diào)制信號(hào)頻率100Hz～15kHz范圍內(nèi),滿足積分電路條件,是間接調(diào)頻電路。

2.三級(jí)單回路變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路723.直接調(diào)頻與間接調(diào)頻的特點(diǎn)和最大頻偏最大頻偏是頻率調(diào)制電路的主要技術(shù)指標(biāo)，在實(shí)際調(diào)頻系統(tǒng)中，對中心頻率穩(wěn)定度和最大頻偏都有具體的要求。對于最大頻偏的要求較大和中心頻率穩(wěn)定度要求高的調(diào)頻，單一的直接調(diào)頻或間接調(diào)頻電路是不能達(dá)到的。

3.直接調(diào)頻與間接調(diào)頻的特點(diǎn)和最大頻偏73

4.擴(kuò)展最大頻偏的方法

(1)采用倍頻器進(jìn)行倍頻擴(kuò)展最大頻偏的原理例如調(diào)頻信號(hào),瞬時(shí)頻率為,經(jīng)n倍頻后瞬時(shí)頻率為調(diào)頻波通過n次倍頻后,最大頻偏增大n倍,調(diào)制信號(hào)頻率不變,但是載波頻率也增大n倍。顯然最大頻偏達(dá)到要求時(shí)，載波頻率不一定符合要求。通常可以增加混頻器，利用本振頻率與輸入信號(hào)頻率的相加或相減的作用調(diào)節(jié)載波頻率達(dá)到要求值。4.擴(kuò)展最大頻偏的方法74

(2)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)擴(kuò)大最大頻偏的方法

圖7.3.11調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)組成原理圖載波頻率為fc=90MHz,最大頻偏為

Δfm=75kHz的調(diào)頻信號(hào)。(2)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)擴(kuò)大最大頻偏的方法75

(3)直接調(diào)頻電路擴(kuò)大最大頻偏的另一方法對于直接調(diào)頻電路,其相對最大頻偏Δfm/fc受調(diào)頻特性的非線性限制,是一有限值。在相對頻偏保持不變條件下,提高載頻fc可以提高最大頻偏Δfm。如果能夠制成很高頻率的直接調(diào)頻電路(器件、電路結(jié)構(gòu)和工藝上要求高)以保證最大頻偏的要求，過高的載頻可以通過混頻器完成載頻向下搬移。這種方法比倍頻和混頻聯(lián)合應(yīng)用的方法簡單，但必須有能在很高頻率進(jìn)行直接調(diào)頻的調(diào)頻電路。

一般來說，直接調(diào)頻和間接調(diào)頻都可以用倍頻器和混頻器來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展最大頻偏。

76頻

7.4集成調(diào)頻發(fā)射機(jī)

7.4.1MC2831集成調(diào)頻發(fā)射機(jī)圖MC2831內(nèi)部組成及應(yīng)用電路載波頻率取3倍頻

頻7.4集成調(diào)頻發(fā)射機(jī)載波頻77

7.4.2MC2833集成調(diào)頻發(fā)射機(jī)圖MC2833內(nèi)部組成及外接應(yīng)用電路載波頻率取3倍頻7.4.2MC2833集成調(diào)頻發(fā)射機(jī)載波頻率取3倍頻78

7.5調(diào)相信號(hào)解調(diào)電路(鑒相器)

7.5.1調(diào)相信號(hào)解調(diào)電路的分類與要求

鑒相電路通?？煞譃槟M電路型和數(shù)字電路型兩大類。

集成電路系統(tǒng)中，常用的電路有乘積型鑒相和門電路鑒相。鑒相器主要用于解調(diào)調(diào)相波、鎖相環(huán)路中的鑒相,還可構(gòu)成移相鑒頻電路。鑒相器的主要指標(biāo)是(1)鑒相特性曲線，即鑒相器輸出電壓與輸入信號(hào)的瞬時(shí)相位偏移的關(guān)系。通常要求是線性關(guān)系。(2)鑒相跨導(dǎo)，鑒相器輸出電壓與輸入信號(hào)的瞬時(shí)相位偏移的關(guān)系的比例系數(shù)。(3)鑒相線性范圍，通常應(yīng)大于調(diào)相波最大相移的二倍。(4)非線性失真，應(yīng)盡可能小。

7.5調(diào)相信號(hào)解調(diào)電路(鑒相器)79

7.5.2乘積型鑒相器

乘積型鑒相電路采用模擬乘法器作為非線性器件進(jìn)行頻率變換，然后通過低通濾波器取出原調(diào)制信號(hào)。圖乘積型鑒相方框圖電路中u1是需解調(diào)的調(diào)相波，u2是由u1變化來的或是系統(tǒng)本身產(chǎn)生的與u1有確定關(guān)系的參考信號(hào)。根據(jù)電路的要求,通常選u1、u2為正交關(guān)系，即

u2是參考信號(hào)，通常為0或?yàn)槌?shù)。為了分析的簡單，取

=0。即7.5.2乘積型鑒相器80

1.u1和u2均為小信號(hào)的乘積型鑒相器當(dāng)u1和u2均小于26mV時(shí)，根據(jù)模擬乘法器特性，其輸出電流為經(jīng)低通濾波器濾除高頻成分

，在負(fù)載RL上可得輸出電壓為式中，

是u1與u2兩信號(hào)的瞬時(shí)相位差。通?？捎?/p>

表示?？僧嫵鰑o與的關(guān)系曲線，如圖所示。稱其為鑒相器的鑒相特性曲線。這是一個(gè)周期性的正弦曲線。1.u1和u2均為小信號(hào)的乘積型鑒相器81鑒相器的兩個(gè)主要指標(biāo)：

(1)鑒相跨導(dǎo)，其定義為的單位為V/rad，通常希望大一些。對于u1、u2均為小信號(hào)且圖7.5.2小信號(hào)正交乘積鑒相特性曲線時(shí)的鑒相跨導(dǎo)為(2)線性鑒相范圍，它表示不失真解調(diào)所允許輸入信號(hào)的最大相位變化范圍，用表示。由于,,鑒相特性近于直線，即

鑒相器的兩個(gè)主要指標(biāo)：82

2.u1為小信號(hào),u2為大信號(hào)的乘積型鑒相器設(shè)

當(dāng)u2的振幅大于100mV時(shí)，此時(shí)可認(rèn)為是大信號(hào)狀態(tài)。在u1為小信號(hào),u2為大信號(hào)條件下，乘法器的輸出電流可表示為因?yàn)閡2是大信號(hào)，雙曲正切函數(shù)具有開關(guān)函數(shù)的形式，即傅氏級(jí)數(shù)展開為

2.u1為小信號(hào),u2為大信號(hào)的乘積型鑒相器83相乘后的輸出電流為經(jīng)低通濾波器取出輸出電流的低頻分量，在負(fù)載RL上得到輸出電壓為鑒相特性曲線仍是正弦形,只是鑒相跨導(dǎo)和線性鑒相范圍為

相乘后的輸出電流為84

3.u1和u2均為大信號(hào)的乘積型鑒相器設(shè)在u1和u2均大于100mV的大信號(hào)的條件下，乘法器的輸出電流可表示為

u1是大信號(hào)，雙曲正切函數(shù)也具有開關(guān)函數(shù)的形式，即傅氏級(jí)數(shù)展開為3.u1和u2均為大信號(hào)的乘積型鑒相器85相乘后的輸出電流為經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，在負(fù)載RL上建立電壓為相乘后的輸出電流為86對應(yīng)于-π/2≤

≤π/2區(qū)間對應(yīng)于π/2≤

≤π區(qū)間

圖7.5.3鑒相特性曲線對應(yīng)于-π/2≤≤π/2區(qū)間對應(yīng)于π/287

結(jié)論：①兩個(gè)輸入信號(hào)均為大信號(hào)時(shí)，其鑒相特性為三角波形。

②在-π/2≤

≤π/2區(qū)間，鑒相特性是線性的。

③線性鑒相范圍為比正弦形鑒相特性的線性鑒相范圍大。④鑒相跨導(dǎo)為

乘積型鑒相器應(yīng)盡量采用大信號(hào)工作狀態(tài)，這樣可獲得較寬的線性鑒相范圍。結(jié)論：88

7.5.3門電路鑒相器門電路鑒相器的電路簡單，線性鑒相范圍大、易于集成化，得到較為廣泛的應(yīng)用。常用的有或門鑒相器和異或門鑒相器。

1.異或門鑒相器它是由異或門電路和低通濾波器組成。輸入給鑒相器的兩個(gè)信號(hào)u1(t)和u2(t)均為周期為Ti的方波信號(hào),u1(t)與u2(t)之間的延時(shí)為τe,它反映兩信號(hào)之間的相位差

。異或門輸出信號(hào)

的波形如圖所示。

輸入相同為“0”輸入不同為“1”

7.5.3門電路鑒相器89

經(jīng)低通濾波器得到的平均分量與的關(guān)系。

異或門鑒相器的輸出與

的關(guān)系為三角形曲線，并可表示為其鑒相跨導(dǎo)為經(jīng)低通濾波器得到的平均90

7.6調(diào)頻信號(hào)解調(diào)電路(鑒頻器)

7.6.1調(diào)頻信號(hào)解調(diào)電路的分類與要求

調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型

調(diào)頻解調(diào)電路分為相移乘法鑒頻型

脈沖均值型

(1)調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻波，然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。例如雙失諧回路鑒頻器、相位鑒頻器和比例鑒頻器等。(2)相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波，其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時(shí)頻率的變化成線性關(guān)系，然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較(鑒相)，通過低通濾波器取出解調(diào)信號(hào)。因?yàn)橄辔槐容^器通常用乘法器組成，所以稱為相移乘法鑒頻。7.6調(diào)頻信號(hào)解調(diào)電路(鑒頻器)91(3)脈沖均值型。這種類型是將調(diào)頻信號(hào)通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率相等的單極性等幅脈沖序列，然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值，這就恢復(fù)出與瞬時(shí)頻率變化成正比的信號(hào)。鑒頻器的主要指標(biāo)是(1)鑒頻特性曲線，即鑒頻器輸出電壓與輸入信號(hào)的瞬時(shí)頻率偏移Δf的關(guān)系。通常要求是線性關(guān)系。(2)鑒頻跨導(dǎo)，鑒頻器輸出電壓與輸入信號(hào)的瞬時(shí)頻率偏移的關(guān)系的比例系數(shù)。(3)鑒頻線性范圍，通常應(yīng)大于調(diào)頻波最大頻移的二倍。(4)非線性失真，應(yīng)盡可能小。(3)脈沖均值型。這種類型是將調(diào)頻信號(hào)通92

7.6.2雙失諧回路鑒頻器它是由三個(gè)調(diào)諧回路組成的調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換電路和上下對稱的兩個(gè)振幅檢波器組成。

圖雙失諧鑒頻器原理圖一次側(cè)回路諧振于調(diào)頻信號(hào)的中心頻率，其通帶較寬。二次側(cè)兩個(gè)回路的諧振頻率分別為

、

,并使與與成對稱失諧。即

7.6.2雙失諧回路鑒頻器93(1)(2)(3)調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化鑒頻特性負(fù)斜率調(diào)頻波瞬時(shí)鑒頻特性94

某微波通信機(jī)采用的雙失諧回路鑒頻器的實(shí)際電路

諧振頻率是35MHz和40MHz。調(diào)頻信號(hào)經(jīng)兩個(gè)共基放大器分別加到上、下兩個(gè)回路上，而兩個(gè)回路的連接點(diǎn)與檢波電容一起接地。由于接地點(diǎn)改變，輸出電壓改從檢波器電阻中間取出，它是由檢波電流I1和I2決定的,uo決定于兩個(gè)檢波電流之差。某微波通信機(jī)采用的雙失諧回路鑒頻器的實(shí)際電路957.6.3相位鑒頻器

1.相位鑒頻器構(gòu)成的基本原理相位鑒頻器是利用雙耦合回路的相位-頻率特性將調(diào)頻波變成調(diào)幅調(diào)頻波，通過振幅檢波器實(shí)現(xiàn)鑒頻的一種鑒頻器。它常用于頻偏在幾百kHz以下的調(diào)頻無線接收設(shè)備中。常用的相位鑒頻器根據(jù)其耦合方式可分為互感耦合和電容耦合兩種鑒頻器

關(guān)鍵問題：

1.什么樣的雙耦合回路能實(shí)現(xiàn)將調(diào)頻波變換成調(diào)幅調(diào)頻波?2.調(diào)幅調(diào)頻波是怎樣產(chǎn)生的?

7.6.3相位鑒頻器96于2.互感耦合相位鑒頻器的工作原理

電路特點(diǎn)：

①兩個(gè)調(diào)諧回路均調(diào)諧于中心頻率；為等幅調(diào)頻波；②兩個(gè)耦合支路,通過M耦合在二次側(cè)得,由于耦合回路的相位-頻率特性,與的相位差隨頻率變化；

通過電容Cc耦合在高頻扼流圈L3上建立參考電壓；與的矢量和為調(diào)幅調(diào)頻波,即和都為調(diào)幅調(diào)頻波；③有兩個(gè)對稱的振幅檢波器,輸出電壓為兩檢波電壓之差。于2.互感耦合相位鑒頻器的工作原理97

鑒頻原理：

由于是等幅調(diào)頻波，和之間的相位關(guān)系卻隨著頻率變化而變化。正是利用了與的相位差隨頻率變化,實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻變換。經(jīng)振幅檢波器可實(shí)現(xiàn)鑒頻。

振幅檢波器是由二極管D1、D2和低通濾波器RC3、RC4組成。振幅檢波器的輸入電壓鑒頻器的輸出是取兩振幅檢波輸出電壓之差，即

式中,Kd為電壓傳輸系數(shù),UD1和UD2是和的振幅。

都是調(diào)幅-調(diào)頻波鑒頻原理：都是調(diào)幅98

3.互感耦合相位鑒頻器的鑒頻特性的定性分析分析的簡化假設(shè)：一次回路的品質(zhì)因數(shù)較高，一次、二次回路的互感耦合比較弱。不必考慮初級(jí)本身的損耗電阻和從二次側(cè)引入到一次側(cè)的損耗電阻對初級(jí)回路電流的影響。

由等效電路可知

回路電流在回路中感應(yīng)電動(dòng)勢在的方向和同名端如圖所示的條件下得3.互感耦合相位鑒頻器的鑒頻特性的定性分析99回路電壓可由等效電路求出式中，X2=ωL2-1/(ωC2)，是回路總電抗，其值隨頻率不同可能為正，也可能為負(fù)，還可能為零。(1)當(dāng)輸入信號(hào)頻率f=fc時(shí)，X2=0。于是

表明，回路電壓比回路電壓滯后π/2，則電壓矢量圖如圖7.6.6(a)所示?；芈冯妷嚎捎傻刃щ娐非蟪?00因?yàn)殍b頻器的輸出電壓uo與UD1-UD2成正比，由矢量圖知UD1=UD2，則鑒頻器的輸出電壓為(2)當(dāng)輸入信號(hào)頻率f>fc時(shí)，X2>0，這時(shí)L2C2回路總阻抗為式中，|Z2|是的模，θ是的相角，其值為

得因?yàn)殍b頻器的輸出電壓uo與UD1-UD2成101表明，L2C2回路電壓比L1C1回路電壓滯后，對應(yīng)的矢量圖如圖7.6.6(b)所示。從圖中可知UD1<UD2，則鑒頻器的輸出電壓為f與fc差值越大,UD1比UD2小得越多,輸出電壓負(fù)得越大。(3)當(dāng)輸入信號(hào)頻率f<fc時(shí)，X2<0，這時(shí)L2C2回路總阻抗為式中，|Z2|是的模，θ是的相角，其值為

表明，L2C2回路電壓比L1C1回路102得

表明，L2C2路電壓比L1C1回路電壓滯后(π/2-|θ|)，對應(yīng)的矢量圖如圖7.6.6(c)所示。從圖中可知UD1>UD2，則鑒頻器的輸出電壓f與fc差值越大,UD1比UD2大得越多,輸出電壓正得越大。綜合上述三點(diǎn)分析可得鑒頻器輸出電壓uo與頻率f的關(guān)系曲線如圖所示。

得103

圖鑒頻特性曲線在f=fc

點(diǎn)，uo=0，隨著失諧的加大，UD1與UD2幅度的差值增大，uo的絕對值加大。當(dāng)f>fc時(shí),uo為負(fù)。當(dāng)f<fc時(shí)，uo為正。當(dāng)頻率偏離超過fm1和fm2兩點(diǎn)時(shí)，曲線彎曲，這是由于失諧嚴(yán)重，和幅度都變小，合成電壓也減小，鑒頻特性曲線下降。

104和的波形說明從圖矢量合成結(jié)果看岀：在f=fc載波狀態(tài)時(shí),和的振幅相等；f>fc時(shí),的振幅隨頻率增大而減小,的振幅隨頻率增大而增大；f<fc時(shí),的振幅隨頻率增大而增大,的振幅隨頻率增大而減小。因而在輸入為等幅調(diào)頻波時(shí),和的波形為調(diào)幅調(diào)頻波,如圖所示。

圖和的波形圖和的波形說明105

4.相位鑒頻器的鑒頻特性對于實(shí)際電路，應(yīng)該考慮回路損耗和耦合強(qiáng)弱的影響。設(shè)一次、二次回路的諧振頻率都為fc，且品質(zhì)因數(shù)QL和諧振電阻RP都相同，一般來說，一次回路是接在晶體管的集電極電路中，可用圖所示等效電路表示。根據(jù)耦合回路分析方法，可求得式中，稱為回路廣義失諧,,

。

耦合因數(shù)

耦合系數(shù)

4.相位鑒頻器的鑒頻特性耦合因數(shù)耦合系數(shù)106可得

它們的幅值相應(yīng)為可得107因此鑒頻器的輸出電壓

η<1的鑒頻特性的非線性較嚴(yán)重且線性范圍小,而η～3時(shí)，線性范圍增大，鑒頻跨導(dǎo)減小。在η>3范圍內(nèi)鑒頻特性的非線性又嚴(yán)重起來，為了確保鑒頻特性曲線的線性好，通常η取～3。當(dāng)η≥1時(shí),對應(yīng)于曲線最大值的廣義失諧量ξm近似等于η。所以鑒頻特性曲線兩個(gè)最大值之間的寬度(鑒頻寬度)為

Bm=2Δfmax=kfc

因此鑒頻器的輸出電壓108

7.6.4比例鑒頻器相位鑒頻器前通常是需加一級(jí)限幅放大，以消除寄生調(diào)幅。對于要求不太高的設(shè)備，例如調(diào)頻廣播接收機(jī)中，常采用一種兼有抑制寄生調(diào)幅能力的鑒頻器，這就是比例鑒頻器。

1.比例鑒頻器的基本電路及工作原理

它與相位鑒頻器在調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻波變換部分相同，但檢波器部分有較大變化，主要差別是圖比例鑒頻器的基本電路7.6.4比例鑒頻器109①在a′b′兩端并接一個(gè)大電容Co，其電容量約為10μF，由于Co和(R+R)組成電路的時(shí)間常數(shù)很大,通常約為～0.2)秒左右,這樣在檢波過程中,對于15Hz以上的寄生調(diào)幅變化，電容Co上的電壓UDC基本保持不變。②兩個(gè)二極管中一個(gè)與相位鑒頻器接法方向相反。這樣除了保證兩個(gè)二極管的直流通路外，還使得兩個(gè)檢波器的輸出電壓變成極性相同。因此，a′b′兩端就是兩個(gè)檢波電壓之和，即。

③把兩個(gè)檢波電容C3和C4的連接點(diǎn)d與兩個(gè)電阻連接點(diǎn)e分開，鑒頻器的輸出電壓uo從d、e兩點(diǎn)取出。因?yàn)椴ㄐ巫儞Q電路與相位鑒頻器相同，所以電壓與的關(guān)系相同，即①在a′b′兩端并接一個(gè)大電容Co，其電容量約110兩個(gè)檢波器的輸入電壓和為檢波器輸出為因?yàn)?鑒頻器的輸出電壓uo為可見比例鑒頻器的輸出也取決于兩個(gè)檢波器輸入電壓之差，但輸出電壓值為相位鑒頻器的一半。兩個(gè)檢波器的輸入電壓和為111

2.比例鑒頻器抑制寄生調(diào)幅的原理比例鑒頻器的輸出電壓為

因?yàn)閁DC不變，所以u(píng)o的大小取決于||與||的比值，而不取決于它本身的大小。在調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化時(shí),||與||一個(gè)增大,一個(gè)減小,其比值隨頻率變化而變化,這就實(shí)現(xiàn)了鑒頻作用。2.比例鑒頻器抑制寄生調(diào)幅的原理112但是，當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的幅度發(fā)生變化時(shí),||與||同時(shí)增大或同時(shí)減小，但其比值可保持不變，這樣比例鑒頻器輸出電壓uo就不隨輸入調(diào)頻信號(hào)的振幅變化而變化，起到抑制寄生調(diào)幅作用。

從電路的動(dòng)態(tài)工作中定性進(jìn)行說明抑制寄生調(diào)幅的作用

由于電容器C0的作用，兩端電壓UDC保持不變，相當(dāng)于給兩個(gè)檢波二極管加一個(gè)固定的直流偏壓。當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的振幅增大時(shí)，和增大，則||和||都增大，檢波電流I增大。但是，當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)的幅度發(fā)生變化時(shí),||與113因?yàn)閁DC不變，則檢波器的等效負(fù)載電阻R減小，使得檢波器的導(dǎo)通角θ增大，從而使檢波器的電壓傳輸系數(shù)Kd=cosθ減小。另外，由于等效R減小，使得檢波器的等效輸入電阻Ridd=R/2減小，使二次與一次回路的品質(zhì)因數(shù)QL2和QL1減小，又使前面放大器的負(fù)載電導(dǎo)增大,使電壓增益減小。二者的綜合作用能起到自動(dòng)調(diào)整輸出電壓不受輸入振幅變化的影響。同理，輸入調(diào)頻信號(hào)的振幅減小時(shí)，其過程與上相反，也能達(dá)到自動(dòng)調(diào)整的作用?！陡哳l電子線路》第二版-教學(xué)課件-第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路114

7.6.5相移乘法鑒頻器

1.相移乘法鑒頻器的組成與要求圖相移乘法鑒頻器方框圖它是將輸入的調(diào)頻波經(jīng)移相器變換為調(diào)相調(diào)頻波,并將輸入調(diào)頻波和調(diào)相調(diào)頻波送給乘法器進(jìn)行鑒相(兩信號(hào)的瞬時(shí)相位比較),然后經(jīng)低通濾波器取岀輸入調(diào)頻波的原調(diào)制信號(hào)。相移乘法鑒頻需理解兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

(1)用乘法器實(shí)現(xiàn)鑒相,要求具有正弦鑒相特性,則要求乘法器的兩個(gè)輸入信號(hào)在載波