第5章角度調(diào)制與解調(diào)電路-2

第5章角度調(diào)制與解調(diào)電路-2第一頁，共28頁。5.2.1

調(diào)頻電路概述一、直接調(diào)頻和間接調(diào)頻1．直接調(diào)頻

(1)定義：調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。

(2)被控的振蕩器種類①

LC、晶體振蕩器(產(chǎn)生調(diào)頻正弦波)；*②

張弛振蕩器(產(chǎn)生調(diào)頻非正弦波，可通過濾波等方式將調(diào)頻非正弦波變換為調(diào)頻正弦波)。2．間接調(diào)頻(1)定義：通過調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法2第二頁，共28頁。

(2)方法：由調(diào)頻與調(diào)相的內(nèi)在聯(lián)系，將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，用其值進(jìn)行調(diào)相，便得到所需的調(diào)頻信號(hào)。①正弦波振蕩器產(chǎn)生角頻率為

c的載波電壓

Vmcosct，通過調(diào)相器后引入一個(gè)附加相移

(c)，即

vO(t)=Vmcos[ct+(c)]。②若附加相移受到

v(t)的積分值

[k1]的控制，則輸出的調(diào)制信號(hào)為vO(t)=Vmcos[ct+kpk1]比較調(diào)頻波的表達(dá)式輸出為調(diào)頻波。vO(t)=Vmcos[ct+kf]間接調(diào)頻3第三頁，共28頁。當(dāng)

v(t)=Vmcost時(shí)，上式可表示為vO(t)=Vmcos(ct+Mfsint)vO(t)=Vmcos[ct+kpk1]式中，Mf

=

kp(k1Vm/)=m/，m=kpk1Vm

Mf：調(diào)頻指數(shù)，與調(diào)制信號(hào)振幅Vm成正比。調(diào)相器：實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵，作用：產(chǎn)生受調(diào)制信號(hào)振幅Vm線性控制的附加相移(c)。

優(yōu)點(diǎn)：可以利用頻穩(wěn)度高的石英晶振，在后級(jí)進(jìn)行調(diào)相。二、調(diào)頻電路的性能要求1．調(diào)頻特性

(1)定義：描述瞬時(shí)頻率偏移f(=f-fc)隨調(diào)制電壓v

變化的特性。4第四頁，共28頁。

(2)特性：如圖所示。

(3)要求：在特定調(diào)制電壓范圍內(nèi)是線性的。

2．調(diào)頻靈敏度單位為

Hz/V，

SF越大，調(diào)制信號(hào)對(duì)瞬時(shí)頻率的控制能力就越強(qiáng)。

(2)當(dāng)

v(t)=Vmcost時(shí)，畫出的

f(t)

波形如圖。圖中，fm即為調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏。

3．調(diào)頻特性的非線性

(1)定義：原點(diǎn)上的斜率

(1)中心頻率偏離量5第五頁，共28頁。若調(diào)頻特性非線性，則由余弦調(diào)制電壓產(chǎn)生的

f(t)為非余弦波形，它的傅里葉級(jí)數(shù)展開式為f(t)=

f0+

fm1cost+fm2cos2t+式中

f0=f0–

fc為

f(t)的平均分量，表示調(diào)頻信號(hào)的中心頻率由

fc偏離到

f0，稱為中心頻率偏離量。(2)非線性失真系數(shù)：評(píng)價(jià)調(diào)頻特性非線性的參數(shù)

4．中心頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度使接收機(jī)正常接收所必須滿足的重要性能指標(biāo)，否則，將造成信號(hào)失真，并干擾鄰近電臺(tái)信號(hào)。6第六頁，共28頁。5.2.2

直接調(diào)頻正弦振蕩器*張弛振蕩器實(shí)現(xiàn)方法一、工作原理及其性能分析

1．工作原理

2．可變電抗器件的種類

(2)鐵氧化磁芯繞制的線圈。電感可變器件，用在掃頻儀中，改變通過附加線圈的電流可控制磁場(chǎng)的變化，使磁芯導(dǎo)磁率變化，從而改變主線圈的電感量。將可變電抗器件接入LC振蕩回路中，其電容或電感量受調(diào)制信號(hào)控制，便可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

(1)駐極體話筒或電容式話筒。電容可變器件用于便攜式調(diào)頻發(fā)射機(jī)，將聲波的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。接入振蕩回路當(dāng)中，可得瞬時(shí)頻率按講話聲音強(qiáng)弱變化的調(diào)頻信號(hào)。7第七頁，共28頁。

(3)變?nèi)荻O管。利用

PN結(jié)反偏呈現(xiàn)的勢(shì)壘電容而構(gòu)成，應(yīng)用最為廣泛。優(yōu)點(diǎn)：工作頻率高、固有損耗小、使用方便。接入方法：全接入、部分接入

1．變?nèi)莨茏鳛檎袷幓芈房傠娙莸闹苯诱{(diào)頻電路

(1)原理電路

右圖為

LC正弦振蕩器中的諧振回路。

Cj：變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容，與

L共同構(gòu)成振蕩器的振蕩回路(全接入)。振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率，即

osc

0=8第八頁，共28頁。

(2)性能分析①

歸一化調(diào)頻特性曲線方程已知變?nèi)莨芙Y(jié)電容的變?nèi)萏匦?/p>

VB：PN結(jié)的內(nèi)建電位差，Cj(0)：v=0時(shí)的結(jié)電容，n：變?nèi)葜笖?shù)，由PN結(jié)工藝結(jié)構(gòu)定，在

1/3到

6之間。變?nèi)莨芸傠妷?/p>

v=-(VQ+v

)，且

<VQ，代入(5.2.8)第九頁，共28頁。式中，變?nèi)莨茉陟o態(tài)工作點(diǎn)Q上的結(jié)電容，歸一化的調(diào)制信號(hào)電壓，其值恒小于

1。(5.2.10)式中，c=為v

=0的振蕩(載波)角頻率，與

VQ有關(guān)

(5.2.10)為歸一化調(diào)頻特性曲線方程，反映了振蕩角頻率

osc隨

x(即

v)變化的關(guān)系式。②歸一化調(diào)頻特性曲線：指數(shù)

n不同，f/fc隨x變化的曲線將

代入

osc0=中，得第十頁，共28頁。f/fc

隨

x

變化的曲線如圖，可見，除

n=2外，調(diào)頻特性曲線均為非線性曲線。

所以，變?nèi)莨茏髡袷幓芈房傠娙?，?yīng)選用

n=2的超突變結(jié)變?nèi)莨堋７駝t，調(diào)制器將出現(xiàn)非線性失真，或使中心頻率偏離

c

值。③直接調(diào)頻電路的性能

當(dāng)

v(t)=Vmcost時(shí)，歸一化調(diào)制信號(hào)電壓其中

m=Vm/(VQ+VB)，若設(shè)

m足夠小，可以忽略(5.2.10)式級(jí)數(shù)展開式中，x的三次方及其以上各次方項(xiàng)，則第十一頁，共28頁。將代入，利用可求得調(diào)頻波的：A．最大頻偏B．中心頻率偏移c的數(shù)值第十二頁，共28頁。C．二次諧波分量的最大角頻偏D．調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)E．中心角頻率的相對(duì)偏離值第十三頁，共28頁。

(3)討論

故，最大相對(duì)頻偏受

kf2和

c

的限制。在滿足

kf2和c的條件下，提高

c可以增大調(diào)頻波的最大角頻偏值m。②當(dāng)n=2時(shí)，c

=0，2m

=0，實(shí)現(xiàn)不失真調(diào)頻。①變?nèi)莨苓x定，變?nèi)葜笖?shù)

n則定，增大

m可增大相對(duì)頻偏，但同時(shí)增大了非線性失真系數(shù)

kf2和中心頻率偏移量c()③變?nèi)莨苡蒔N結(jié)組成，其性能受溫度影響較大，為減少影響，可采用部分接入電路。第十四頁，共28頁。2．變?nèi)莨懿糠纸尤胝袷幓芈返闹苯诱{(diào)頻電路

(1)原理電路變?nèi)莨懿糠纸尤?Cj先和

C2串接，再和

C1并接)的振蕩回路。

(2)性能分析回路總電容為代入，則相應(yīng)的調(diào)頻特性方程第十五頁，共28頁。

(3)討論若將回路總電容視作一個(gè)等效的變?nèi)莨?，則等效變?nèi)葜笖?shù)n必將小于變?nèi)莨苤笖?shù)，故為實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻：①

須選用

n大于

2的變?nèi)莨堍?/p>

正確選擇

C1和

C2的大小。由圖：C2主要影響低頻區(qū)的調(diào)制特性曲線

部分接入，結(jié)電容僅為回路總電容的一部分，對(duì)振蕩頻率的調(diào)變能力比全部接入低。第十六頁，共28頁。C1主要影響高頻區(qū)的調(diào)頻特性線。

部分接入，最大角頻偏：式中p=(1+p1)(1+p2+p1p2)

p1=CjQ/C2，

p2=C1/CjQ比較全部接入最大角頻偏：可見，減小了

1/p，而

p恒大

1。當(dāng)CjQ一定時(shí)，C2越小，P1越大；C1越大，P2越大，其結(jié)果都使p值增大，因此m越小。第十七頁，共28頁。二、電路組成控制電路的接入原則：既可將

VQ和

v

加到變?nèi)莨苌希瑢?shí)現(xiàn)控制作用，又不影響振蕩器的正常工作。

L1：高頻扼流圈，對(duì)高頻c開路，對(duì)調(diào)制頻率短路。

C1，C2：對(duì)c短路，對(duì)開路。

(1)LC諧振回路（即c通路）：由于

L1開路、C1和C2短路，因而是由

L和

Cj組成的振蕩電路，不受控制電路影響。Cj：變?nèi)荻O管的結(jié)電容，容量受反向電壓的控制。諧振頻率：18第十八頁，共28頁。

(2)變?nèi)荻O管反向電壓控制電路（即直流和調(diào)制頻率通路）：由于L1

短路，C1阻斷，因而

VQ和

v

可有效地加到變?nèi)莨苌?，不受振蕩回路影響。VQ：直流電壓，保證在v(t)的作用下，變?nèi)荻O管一直處于反偏。VQ大小決定了載波的頻率。實(shí)際：加在變?nèi)荻O管上的電壓除VQ和v外，還有振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩電壓，會(huì)影響Cj(t)。19第十九頁，共28頁。①

中心頻率為

140MHz的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。(1)T的直流偏置：雙電源供電(2)振蕩電路變?nèi)莨苋尤氲碾姼腥c(diǎn)式(3)D的直流偏置(4)調(diào)制信號(hào)接入型濾波實(shí)際電路：20第二十頁，共28頁。

高頻振蕩電路調(diào)制頻率通路直流通路（Cj只有幾p~幾十pF，相較之下150pF很大對(duì)ωc短路；略75Ω小電容）（VQ和vΩ(t)并聯(lián)加到Cj上，所以分開畫調(diào)制頻率通路和直流通路）21第二十一頁，共28頁。*②

中心頻率為

90MHz的直接調(diào)頻電路(1)Q點(diǎn)(2)振蕩電路：變?nèi)莨懿糠纸尤搿㈦娙萑c(diǎn)式(3)變?nèi)莨芸刂齐娐罚?4)調(diào)制電路：v(t)

經(jīng)

47F隔直電容和47H高頻扼流圈加到變?nèi)莨苌?2第二十二頁，共28頁。③

100MHz晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。T1：音頻放大器；T2：皮爾斯晶體振蕩器（畫圖）。晶體振在基頻上，實(shí)質(zhì)上是通過改變晶體的負(fù)載電容來微調(diào)振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的，這樣頻偏當(dāng)然是很小的。LC諧振在晶體基頻的3次諧波上，對(duì)振蕩頻率來說相當(dāng)短路。輸出FM波的中心頻率應(yīng)是振蕩頻率的3倍，最大頻偏也擴(kuò)大為3倍。23第二十三頁，共28頁。5.2.3

間接調(diào)頻電路——調(diào)相電路調(diào)頻方法：直接調(diào)頻間接調(diào)頻間接調(diào)頻

實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻電路的關(guān)鍵：調(diào)