直接調(diào)頻使用電路

5.3直接調(diào)頻電路5.3.1變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路一、變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管的符號和結(jié)電容隨外加偏壓變化的關(guān)系如圖所示，其表達式為式中：：為加到變?nèi)莨軆啥说碾妷?；：變?nèi)莨艿膭輭倦娢徊睿ㄦN管為0.2V，硅管為0.6V）；（變?nèi)荻O管結(jié)電容隨外加電壓的變化特性動畫）當(dāng)加到變?nèi)莨軆啥说碾妷簳r的結(jié)電容；n：變?nèi)莨艿淖內(nèi)葜笖?shù)，與PN結(jié)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，其值為。

為了保證變?nèi)莨茉谡{(diào)制信號電壓變化范圍內(nèi)保持反偏，必須外加反偏工作點電壓所以加在變?nèi)莨苌系目傠妷簽榍耶?dāng)時，式中時變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容，即靜態(tài)工作點處的結(jié)電容，其中為加在變?nèi)莨軆啥说碾妷海矗┍硎窘Y(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。

圖（a）所示電路為LC正弦波振蕩器中的諧振回路。

二、變?nèi)荻O管作為振蕩回路總電容的直接調(diào)頻電路為高頻扼流圈，對高頻感抗很大，接近開路，而對直流和調(diào)制頻率則接近短路；是高頻濾波電容，對高頻容抗很小接近短路，而對調(diào)制頻率的容抗很大，接近開路。和為隔直流電容，作用是保證能有效地加接近短路，而對調(diào)制頻率接近開路。到變?nèi)莨苌?，而不被L短路，因此要求對高頻1、各元件的作用：2、高頻等效電路（b）圖所示為等效電路。為變?nèi)荻O管的結(jié)電容。3、變?nèi)荻O管的控制電路圖（c）為變?nèi)荻O管的控制電路。結(jié)電容不受振蕩回路的影響。圖5.3.2變?nèi)荻O管作為回路總電容的直接調(diào)頻原理電路的作用使等效電容，在單頻調(diào)制信號的作用下4、調(diào)頻原理分析由于振蕩回路中僅包含一個電感L和一個變?nèi)荻O管回路振蕩角頻率，即調(diào)頻特性方程為為式中時的振蕩角頻率，即調(diào)頻電路中心角頻率（載波角頻率），其值由控制。由上式可以看出，當(dāng)變?nèi)荻O管變?nèi)葜笖?shù)n=2時角頻偏實現(xiàn)了線性調(diào)頻。當(dāng)時，若足夠小，稱為歸一化調(diào)制信號電壓，則調(diào)頻特性方程可以改寫為：令由于x<1，式中三次方以上的項可以忽略，并將代入，可近似為

將上式展開為泰勒級數(shù)，得到最大線性角頻偏或相對最大線性角頻偏調(diào)頻靈敏度由該式可得到調(diào)頻波的線性角頻偏為：二次諧波失真分量的最大角頻偏中心頻率偏離量相應(yīng)地，調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為中心角頻率的相對偏離值

通過上面的分析知：當(dāng)n一定，即變?nèi)莨苓x定后，相對最大線性角頻偏與m成正比。增大可以增大，但同時也增大了非線性失真系數(shù)和中心角頻率的相對偏離值。

或者說，調(diào)頻波能夠達到的最大相對角頻偏受非線性失真和中心頻率相對偏離值的限制。成正比是直接調(diào)頻電路的一個重要特性?？梢栽龃笳{(diào)頻波的最大角頻偏調(diào)頻波的相對角頻偏與m成正比，也即與當(dāng)m選定，即調(diào)頻波的相對角頻偏一定時，提高

在實際調(diào)頻電路中，加在變?nèi)荻O管上的電壓不僅有壓，如圖中虛線所示。高頻電壓不僅影響振蕩頻率隨調(diào)制電壓的變化規(guī)律，而且還影響振蕩幅度和頻率穩(wěn)定度等性能，在實際電路中總是力求減小加到變?nèi)莨苌系母哳l電壓。，還疊加有振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩電和圖5.3.3變?nèi)荻O管結(jié)電容隨高頻電壓變化的特性

三、變?nèi)荻O管作為振蕩回路部分電容的直接調(diào)頻電路

為了提高直接調(diào)頻電路中心頻率的穩(wěn)定性和調(diào)制線性，在直接調(diào)頻的LC正弦振蕩電路中，一般都采用圖所示的變?nèi)莨懿糠纸尤氲恼袷幓芈?。圖中回路總電容為將式代入，可以得到單頻率調(diào)制時，回路總電容隨變化關(guān)系為相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為

很明顯，由于變?nèi)莨軆H是回路總電容的一部分，因而調(diào)制信號對振蕩頻率的調(diào)變能力必將比變?nèi)莨苋拷尤胝袷幓芈窌r小，故實現(xiàn)線性調(diào)頻，必須選用n大于2的變?nèi)莨埽瑫r還應(yīng)正確選擇C1和C2的大小。

在實際電路中，一般C2取值較大，約幾十皮法至幾百皮法，而C1取值較小，約為幾皮法至幾十皮法。C1和C2對調(diào)制特性的影響，如圖所示。圖5.3.5電容、對調(diào)頻電路調(diào)制特性的影響的接入主要改善低頻區(qū)的調(diào)制特性曲線。如圖（a）中曲線②、③所示。

的接入主要改善高頻區(qū)的調(diào)制特性曲線。如圖（b）中曲線②、③所示。

當(dāng)、確定后，根據(jù)調(diào)制特性方程可以求出變?nèi)莨懿糠纸尤霑r直接調(diào)頻電路提供的最大角頻偏為式中其中調(diào)頻靈敏度調(diào)頻靈敏度比變?nèi)莨苋拷尤霑r的直接調(diào)頻電路減小了p倍。雖然調(diào)制靈敏度和最大角頻偏減小了p倍，但因溫度等因素的變化引起不穩(wěn)定而造成的載波頻率的變化也同樣減小到1/p，即載波頻率的穩(wěn)定性提高了p倍。同時，加到變?nèi)莨苌系母哳l振蕩電壓振幅也相應(yīng)減小，這對于減小調(diào)制失真非常有利。四、電路實例分析圖5.3.6140MHz的變?nèi)莨茏骰芈房傠娙莸闹苯诱{(diào)頻電路

圖（a）是中心頻率為140MHz的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路，用在衛(wèi)星通信地面站調(diào)頻發(fā)射機中。

調(diào)頻電路的高頻通路、變?nèi)莨艿闹绷魍泛鸵纛l控制電路分別如圖(b)、(c)、(d)所示。

注意：畫高頻通路時，忽略了接在集電極上的75Ω小電阻。畫音頻控制通路時，忽略了直流通路中的各個電阻。由圖(b)高頻通路知，這是一個變?nèi)荻O管作回路總電容的直接調(diào)頻電路。

圖所示是中心頻率為90MHz變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路。

圖5.3.790MHz的變?nèi)莨茏骰芈凡糠蛛娙莸闹苯诱{(diào)頻電路實際調(diào)頻電路等效電路分析動畫）

圖所示電路是某通信機中的變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路。該電路的構(gòu)成中有一個特點，它用了兩個對接的變?nèi)荻O管。圖5.3.8某通信機中的變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路

圖5.3.9(a)是一個電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機實例。

電容話筒在聲波作用下，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。

圖5.3.9電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機

電容式話筒振蕩器是電容三點式電路，它利用了晶體管的極間電容。電容話筒直接并聯(lián)在振蕩回路兩端，用聲波直接進行調(diào)頻。

圖（b）是電容式話筒的原理圖，金屬膜片與金屬板之間形成電容，聲音使膜片振動，兩片間距隨聲音強弱而變化，因而電容量也隨聲音強弱而變化。在正常聲壓下，電容量變化較小，為獲得足夠的頻偏應(yīng)選擇較高的載頻。

這種調(diào)頻發(fā)射機載頻約在幾十兆赫茲到幾百兆赫茲之間。耳語時，頻偏約有2kHz；大聲說話時，頻偏約40kHz左右；高聲呼喊時，頻偏可達75kHz。這種電路沒有音頻放大器所造成的非線性失真，易于獲得較好的音質(zhì)。這種調(diào)頻發(fā)射機只有一級振蕩器，輸出功率小，頻率穩(wěn)定度差，但體積小，重量輕。

5.3.2晶體振蕩器直接調(diào)頻

為了進一步提高頻率穩(wěn)定度，可采用變?nèi)荻O管晶體直接調(diào)頻電路。圖是由變?nèi)莨芫w直接調(diào)頻振蕩電路組成的無線話筒發(fā)射機。圖5.3.10變?nèi)荻O管晶體直接調(diào)頻振蕩電路

圖中晶體管T2的集電極回路調(diào)諧在晶體振蕩器的三次諧波100MHz上，因此該回路在晶體振蕩頻率處可視為短路。電路為并聯(lián)型石英晶體振蕩器。話音信號由T1放大后加到變?nèi)莨苌蠈崿F(xiàn)了調(diào)頻。由于達到平衡狀態(tài)時的振蕩器工作于非線性狀態(tài)，所以T2的集電極電流中含有豐富的諧波，其三次諧波由集電極回路選中，通過天線輸出，完成了載頻的三倍頻功能，頻偏也擴大了三倍。

射極耦合的調(diào)頻方波發(fā)生器，電路如圖，該電路產(chǎn)生調(diào)頻方波信號。輸出的對稱方波電壓的頻率為一、張弛振蕩器直接調(diào)頻電路1、原理電路※

張弛振蕩器電路實現(xiàn)直接調(diào)頻當(dāng)受調(diào)制電壓的線性控制時，可以得到不失真的調(diào)射極耦合的調(diào)頻方波發(fā)生器，該電路產(chǎn)生的輸出調(diào)頻方波信號波形如圖所示。輸出對稱方波電壓的頻率為調(diào)頻方波。頻率取決于電路中的充放電速度，若用調(diào)制信號去控制電容的充放電電流，就可控制張弛振蕩器的重復(fù)頻率。

張弛振蕩器的振蕩二、調(diào)頻非正弦波轉(zhuǎn)換為調(diào)頻正弦波1、傅立葉級數(shù)展開法

將非正弦調(diào)頻波進行傅立葉級數(shù)展開后，再通過中心頻率為的帶通濾波器，即可取出中心頻率為的正弦調(diào)頻信號。如圖5.3.12c所示的調(diào)頻方波。若設(shè)表示角頻率為的雙向開關(guān)函數(shù)。

按這種原理工作的直接調(diào)頻電路有調(diào)頻方波發(fā)生器，調(diào)頻三角波發(fā)生器等，相應(yīng)產(chǎn)生的調(diào)頻波形是調(diào)頻方波、三角波等。因此單音調(diào)制的調(diào)頻方波可表示為：現(xiàn)令則可改寫為則由圖可見，未調(diào)制的載波信號電壓為：將代入上式，可得調(diào)頻方波的傅立葉

上式表明，單音調(diào)制的調(diào)頻方波可以分解為無數(shù)個調(diào)頻正弦波之和，每個調(diào)頻波的載波角頻率為的奇數(shù)倍；相應(yīng)的調(diào)頻指數(shù)為的奇數(shù)倍。級數(shù)展開式為：