高頻電子電路-8.3.2-壓控振蕩器直接調(diào)頻電路課件

VCO的特點(diǎn)：瞬時(shí)頻率隨外加控制信號(hào)的變化而變化。

VCO式中：U為振蕩信號(hào)的振幅，

:當(dāng)

時(shí)的振蕩頻率，k

f為:VCO控制靈敏度。

8.3.2壓控振蕩器直接調(diào)頻電路

用調(diào)制信號(hào)電壓控制振蕩回路的參數(shù)，如回路電容C或回路電感L，并使振蕩頻率ω正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

在直接調(diào)頻法中常采用壓控振蕩器（VoltageControlOscillator）作為頻率調(diào)制器來產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。VCO中最常用的壓控元件：變?nèi)荻O管

由晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管組成的電抗電路。

壓控振蕩器直接調(diào)頻：優(yōu)點(diǎn)：可獲得較大頻偏.缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動(dòng)頻率微調(diào)（automaticfrequencycontrol，AFC）電路來克服載頻偏移。仿真休息1休息2通常有：，壓控振蕩器的輸出信號(hào)即為調(diào)頻信號(hào)。1.變?nèi)荻O管

擴(kuò)散電容(diffusioncapacitance)正向偏置，電容效應(yīng)比較小。

勢(shì)壘電容(barriercapacitance)反向偏置，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。

所以為利用PN結(jié)的電容，PN結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài).8.3.3變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

（VaractordiodedirectFM）PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，而專用的變?nèi)荻O管，是經(jīng)過特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰?。結(jié)電容Cj與反偏電壓uR的關(guān)系：式中Co：

時(shí)的電容值（零偏置電容）反向偏置電壓，UD：PN結(jié)勢(shì)壘電位差。

γ

：結(jié)電容變化指數(shù)，通常γ=1/2—1/3，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容γ

=1—5

可以看出C

j與uR之間是非線性關(guān)系，即變?nèi)荻O管屬于非線性電容，這種非線性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級(jí)也較小，是較理想的高效率，低噪聲非線性電容。休息1休息2PN結(jié)具有電容效應(yīng)

設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個(gè)靜態(tài)工作電壓Uo和一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào)

，則結(jié)反偏電壓：

而結(jié)電容：

其中：

為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容。

表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。

休息1休息2CjuRUQuRtCjtCjQ

為了突出調(diào)頻性能的分析，下圖只畫出了它的高頻交流等效電路，沒有畫出直流饋電電路，

2.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理電路

圖中；C3為高頻偶合電容，C4為偶合隔直電容，LB為高頻扼流圈，阻止高頻電流經(jīng)過調(diào)制信號(hào)源被旁路，右圖為振蕩器交流等效電路，Cj與振蕩器回路并聯(lián)，R1，R2為Cj的偏置電路，為Cj提供靜態(tài)直流偏壓

，而二極管的反偏電壓為：

休息1休息2+uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+uΩ-R1+Uo-則由上電路可知，振蕩頻率為：

;而

為了簡(jiǎn)化電路分析，如果設(shè)：，則有

所以：有

其中：

為未加調(diào)制信號(hào)（）時(shí)的振蕩頻率，3．

調(diào)頻性能分析即為調(diào)頻振蕩器的中心頻率。討論：1設(shè)γ=2即滿足線性調(diào)頻。

2

當(dāng)則

LC1C2CjVT+uR-（利用級(jí)數(shù)展開忽略高次項(xiàng)，

可近似為：

是由Cj—Vd的非線性而引起的。雖然

（2）

：與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏，雖然

（3）

：由于Cj—uR的非線性作用，使頻偏中增加了Ω的諧波分量（2Ω）而引起的附加頻偏，會(huì)造成調(diào)頻接收時(shí)的非線性失真，應(yīng)盡量減少這種失真。其中：（1）

：為中心頻率的偏移量另外，定義調(diào)頻靈敏度：休息1休息21.間接調(diào)頻法

高穩(wěn)定度載波振蕩器

相位調(diào)制器積分電路多級(jí)倍頻和混頻器寬帶窄帶8.3.4間接調(diào)頻電路

但最大頻偏小的缺點(diǎn)可以通過多級(jí)倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。

采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級(jí)，然后再對(duì)這個(gè)穩(wěn)定的載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，這樣一來就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號(hào)。在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線性調(diào)頻必需以線性調(diào)相為基礎(chǔ)。但在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)相時(shí)，要求最大瞬時(shí)相位偏移

，因而線性調(diào)相的范圍很窄，因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏

很小，即：m

f<<1，這是間接調(diào)頻法的主要缺點(diǎn).間接調(diào)頻法就是利用調(diào)相方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

R1R2R3R4C1C2C3C4CjL載波輸入間接調(diào)頻的關(guān)鍵電路是調(diào)相器.高穩(wěn)定度振蕩器

調(diào)相器

積分器2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路

如果忽略二次方以上各項(xiàng)，可得回路的諧振頻率為：

將變?nèi)荻O管接在高頻放大器的諧振回路里，就可構(gòu)成變?nèi)荻O管調(diào)相電路。

CjLUQ=9V載波輸入調(diào)相波輸出回路的頻率偏移為：

在高Q值及諧振回路失諧不大的情況下，并聯(lián)LC諧振回路電壓和電流間的相位關(guān)系為：Oωωoω幅頻特性Δ

φπ/6-π/6當(dāng)Δ

φ

<π/6（或30o）時(shí)，tanΔ

φ≈Δ

φ可得:表明:單級(jí)LC諧振回路在滿足Δ

φ

<π

/6（30o）的條件下，回路輸出電壓的相移是與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線性關(guān)系的。

如果將調(diào)制電壓uΩ(t)先積分后再加在變?nèi)荻O管上，則單級(jí)LC諧振回路輸出電壓的瞬時(shí)頻率ω(t)就與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線性關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制電壓uΩ(t)的間接調(diào)頻。調(diào)相波輸出載波輸入8.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

8.4.2振幅鑒頻器（斜率鑒頻器slopediscriminator）8.4.3相位鑒頻器

8.4.4比例鑒頻器

8.4.5移相乘積鑒頻器

8.4.1鑒頻方法及其實(shí)現(xiàn)模型

調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)是從調(diào)頻波 中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)過程，完成調(diào)頻波解調(diào)過程的電路稱為頻率檢波器第一種方法，將調(diào)頻波通過頻率—幅度線性變換網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波變換成調(diào)頻—調(diào)幅波，再通過包絡(luò)檢波器檢測(cè)出反映幅度變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱為斜率鑒頻器，或稱振幅鑒頻器。

將調(diào)頻波進(jìn)行特定的波形變換，根據(jù)波形變換特點(diǎn)的不同，可歸納以下幾種實(shí)現(xiàn)方法：

8.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

8.4.1鑒頻方法及其實(shí)現(xiàn)模型

休息1休息21.鑒頻方法頻率—幅度線性變換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波器uΩtuFMtuFM-AMt第二種方法，將調(diào)頻波通過頻率—相位線性變換網(wǎng)絡(luò)，變換成調(diào)頻—調(diào)相波，再通過鑒相器檢測(cè)出反映相位變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱為相位鑒頻器。第三種方法，是隨著近年來集成電路的廣泛應(yīng)用，在集成電路調(diào)頻機(jī)中較多采用的移相乘積鑒頻器。它是將輸入FM信號(hào)經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)后生成與FM信號(hào)電壓正交的參考信號(hào)電壓，它與輸入的FM信號(hào)電壓同時(shí)加入相乘器，相乘器輸出再經(jīng)低通濾波器濾波后，便可還原出原調(diào)制信號(hào)。

1.鑒頻方法

休息1休息2頻率—相位線性變換網(wǎng)絡(luò)

相位檢波器uFMuFM-PMuΩ

相乘器

低通濾波器uFMuΩ90o移相網(wǎng)絡(luò)第四種方法，先將調(diào)頻波通過非線性變換網(wǎng)絡(luò)，變換為調(diào)頻脈沖序列，該脈沖序列含有反映該調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率變化的平均分量，因而通過低通濾波器便可得到反映平均分量變化的解調(diào)電壓。也可將調(diào)頻脈沖序列通過脈沖計(jì)數(shù)器，直接得到反映瞬時(shí)頻率變化的解調(diào)電壓。將這種鑒頻器稱為脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。

非線性變換網(wǎng)絡(luò)低通濾波器或脈沖計(jì)數(shù)器uFM調(diào)頻脈沖序列uΩ2.鑒頻器的主要特性

休息1休息2

能全面描述鑒頻器主要特性的是鑒頻特性曲線。它是指鑒頻器的輸出電壓uo(t)，與其輸入FM信號(hào)瞬時(shí)頻偏Δω(t)或Δf(t)之間的關(guān)系曲線

foΔfuo(t)Bm

鑒頻器Δf(t)uo(t)或：

由調(diào)頻信號(hào)的特征：所以：表明：要實(shí)現(xiàn)無失真鑒頻，要求鑒頻器的輸出電壓 與頻偏成線性關(guān)系，上圖為典型鑒頻特性曲線。

（1）定義：鑒頻跨導(dǎo)

表明了鑒頻特性曲線在原點(diǎn)（ ）處的斜率，反映了鑒頻靈敏度。顯然希望SD值應(yīng)盡可能的大。

對(duì)鑒頻特性曲線的主要要求：（2）鑒頻器的峰值頻帶寬度Bmax，要求Bmax應(yīng)大于輸入FM波最大頻偏擺動(dòng)范圍 。

Bm≥2Δfm

①FM波——(頻幅變換)——FM—AM②FM—AM——(包絡(luò)檢波)——恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)8.4.2振幅鑒頻器（斜率鑒頻器slopediscriminator）1．失諧（detvning）回路振幅鑒頻器振幅鑒頻器的基本原理：

頻-幅變換器包絡(luò)檢波器返回最簡(jiǎn)單的頻—幅變換電路就是并聯(lián)諧振回路，其工作特點(diǎn)：例1：失調(diào)單回路振幅鑒頻器FM信號(hào)工作在并聯(lián)諧振回路的失諧區(qū)，即（ ），當(dāng)FM波電流流過回路時(shí)，由于瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化，對(duì)于不同的瞬時(shí)頻偏，失諧回路阻抗不同，回路輸出電壓 振幅將隨瞬時(shí)頻偏 的變化而變化，即可完成 變換。

f

ofp利用失調(diào)回路中幅頻特性曲線的傾斜部分來實(shí)現(xiàn)鑒頻，解調(diào)后失真較大，是一種原始類型的鑒頻器，現(xiàn)在已很少采用，但它對(duì)理解振幅鑒頻器對(duì)FM波的解調(diào)有很直觀的意義。仿真fpius(fo)返回

是在集成電路中常用的振幅鑒頻器，如下圖電路就是電視接收機(jī)中伴音信號(hào)處理的集成電路TA7176A中的差分峰值鑒頻器。

1電路結(jié)構(gòu)

二差分峰值振幅鑒頻器T1，T2為射隨器；T3，T4為峰值檢波器；T5，T6為差分對(duì)放大器；9，10管腳外接頻—幅移相變換網(wǎng)絡(luò)：C1，C2，L12電路分析：設(shè)：L1C1并聯(lián)電路的諧振頻率為：L1,C1和C2組成的并、串諧振回路的諧振頻率為：

雖然有：1．當(dāng) 時(shí)，并串回路呈現(xiàn)串聯(lián)諧振，由于串聯(lián)諧振阻抗最小，故u1最小，而電流最大，故u2最大。

f

of

o2f

o1故V1最大，而C