高頻電子電路6.1-6.3

1、第第6章章 角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制與解調(diào)6.1 概述概述1.角度調(diào)制的定義角度調(diào)制的定義 設(shè)載波：設(shè)載波： ， ( )cos()cos ( )oomooomu tUtUt式中式中 為總相位，為總相位，( )oott 為振幅，為振幅， 為角頻率，為角頻率， 為初相位。為初相位。omUoo 調(diào)制信號(hào)：調(diào)制信號(hào)： ，它去控制載波的三個(gè)參量中的某個(gè)，它去控制載波的三個(gè)參量中的某個(gè)，因此有：因此有：( )cosmutUtAM：( )(1cos)omomaUtUmtFM：PM：( )( )oftk ut( )( )optk ut統(tǒng)稱為角度調(diào)制統(tǒng)稱為角度調(diào)制屬于頻譜的屬于頻譜的線性搬移線性搬移電路電路屬于頻

2、譜的屬于頻譜的非非線性搬移線性搬移電路電路調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅中。調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅中。已調(diào)波為等幅波，調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的頻率、相位即角度中。已調(diào)波為等幅波，調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的頻率、相位即角度中。（AM）振幅解調(diào)）振幅解調(diào)檢波檢波 （FM）頻率解調(diào)）頻率解調(diào)鑒頻鑒頻 （detection） （frequency discrimination）（PM）相位解調(diào)）相位解調(diào)鑒相鑒相 （phase detection） 2.解調(diào)解調(diào)FM，PMAMut= t(t)o )t( t =0實(shí)軸實(shí)軸( )( )dttdt00( )( )ttd 回憶：瞬時(shí)頻率回憶：瞬時(shí)頻率 和瞬時(shí)相

3、位和瞬時(shí)相位 的關(guān)系的關(guān)系( ) t( ) t6.2 調(diào)角信號(hào)的分析調(diào)角信號(hào)的分析 6.2.1 調(diào)角信號(hào)的時(shí)域分析調(diào)角信號(hào)的時(shí)域分析設(shè)載波：設(shè)載波： ，調(diào)制信號(hào)：，調(diào)制信號(hào)：( )cos()cosoomooomou tUtUt( )ut1.FM波的時(shí)域分析波的時(shí)域分析 根據(jù)根據(jù)FM的定義，已調(diào)波的瞬時(shí)頻率的定義，已調(diào)波的瞬時(shí)頻率 隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào) 的成線性的成線性變化，因此瞬時(shí)頻率為變化，因此瞬時(shí)頻率為( ) t( )ut( )( )( )ofotk utt 式中，式中， ：載波角頻率，即：載波角頻率，即FM波的中心頻率；波的中心頻率； ：調(diào)頻靈敏度；：調(diào)頻靈敏度； ：瞬時(shí)頻率偏移，簡(jiǎn)稱頻

4、偏。：瞬時(shí)頻率偏移，簡(jiǎn)稱頻偏。ofk( ) t（2）最大頻偏）最大頻偏mmax( )mfk utfmk U（3）瞬時(shí)相位）瞬時(shí)相位( ) t00( )( )( )( )ttofotdtkudt （4）瞬時(shí)相移）瞬時(shí)相移( ) t0( )( )tftkudsinfmk Ut（5）最大相移）最大相移m0max( )tmfkudfmk U（6）FM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式波的數(shù)學(xué)表達(dá)式fmcossincossinfmomoomofk UUttUtmtcosmUt調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)( )( )ftk ut（1）瞬時(shí)頻偏）瞬時(shí)頻偏( ) tcosfmk Ut0( )cos ( )cos( )tFMomomofutU

5、tUtkd 2.PM波的時(shí)域分析波的時(shí)域分析( )( )( )opottk uttt 式中，式中， ：載波相位角；：載波相位角； ：調(diào)頻靈敏度；：調(diào)頻靈敏度； ：瞬時(shí)相位偏移。：瞬時(shí)相位偏移。 ot( ) tpk（2）最大相移）最大相移m（6）PM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式波的數(shù)學(xué)表達(dá)式( )cosmutUt（1）瞬時(shí)相移）瞬時(shí)相移( ) t( )( )ptk utcospmk Utmax( )mpk utpmpmk U（4）瞬時(shí)頻偏）瞬時(shí)頻偏( ) t調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù)（3）瞬時(shí)頻率）瞬時(shí)頻率( ) t( )( )( )( )opodtduttktdtdt ( )( )pduttkdtsinpmkUt（5

6、）最大頻偏）最大頻偏mmax( )mpdutkdtpmk UcoscoscoscosomopmomopUtk UtUtmt 根據(jù)根據(jù)PM的定義，已調(diào)波的瞬時(shí)相位的定義，已調(diào)波的瞬時(shí)相位 隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào) 的成線性的成線性變化，因此瞬時(shí)相位為變化，因此瞬時(shí)相位為( )ut( ) t( )cos ( )cos( )PMomomoputUtUtk ut3.FM波與波與PM波的比較波的比較FM波波PM波波瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位瞬時(shí)頻偏瞬時(shí)頻偏瞬時(shí)相移瞬時(shí)相移最大頻偏最大頻偏最大相移最大相移數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式( )( )opduttkdtsinopmk Ut( )( )oftk utco

7、sofmk Ut0( )( )tofttkudsinfmok Utt( )( )opttk utcosopmtk Ut設(shè)載波：設(shè)載波： ，調(diào)制信號(hào)：，調(diào)制信號(hào)：( )cos()cosoomooomou tUtUt( )cosmutUt( )( )ftk utcosfmk Ut( )( )pduttkdtsinpmk Ut0( )( )tftkudsinfmk Ut( )( )ptk utcospmk Utmax( )mfkutfmk Umax( )mpdutkdtpmk Umax( )pmpmk ut pmk U0max( )tfmfmkud fmk Ucossincossinfmomoomo

8、fk UUttUtmtcoscoscoscosomopmomopUtk UtUtmt判斷依據(jù)判斷依據(jù)cos( )omopUtk ut( )cos ( )PMomutUt0cos( )tomofUtkd ( )cos ( )FMomutUt【討論】【討論】mp mmmf（2）最大頻偏）最大頻偏（3）最大相移）最大相移 可以看出，可以看出，F(xiàn)M波的頻帶寬度對(duì)于不同的波的頻帶寬度對(duì)于不同的幾乎維持恒定；幾乎維持恒定；PM波的頻帶寬度隨波的頻帶寬度隨的升的升高而增加。高而增加。（4）調(diào)頻波的波形）調(diào)頻波的波形（1）若調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)時(shí)，一般的調(diào)角信號(hào)表達(dá)式為）若調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)時(shí)，一般的調(diào)

9、角信號(hào)表達(dá)式為mfmk Umpmk UFM波：波：PM波：波：FM波：波：PM波：波：fmfk Umppmmk UFM波波PM波波mmmfmF 記住記住2()mBfF( )cossinomoou tUtmt 6.2.2 調(diào)角信號(hào)的頻域分析調(diào)角信號(hào)的頻域分析1.調(diào)角信號(hào)的頻譜調(diào)角信號(hào)的頻譜 用用m代替代替mf或或mp，調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)且，調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)且 ，則調(diào)角信，則調(diào)角信號(hào)的統(tǒng)一表達(dá)式為：號(hào)的統(tǒng)一表達(dá)式為：0o( )cos(sin)coscos(sin)sinsin(sin)omoomoou tUtmtUtmttmt對(duì)其中兩項(xiàng)進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)有：對(duì)其中兩項(xiàng)進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)有

10、：024cos(sin)( )2( )cos22( )cos4mtJmJmtJmt 021( )2( )cos2nnJmJmn t式中：式中： 稱為第一類貝塞爾函數(shù)。當(dāng)稱為第一類貝塞爾函數(shù)。當(dāng)n，m一定時(shí)，一定時(shí)， 的值可的值可以由曲線或函數(shù)表查出。以由曲線或函數(shù)表查出。 ( )nJm( )nJm 上述二式代入上式有：上述二式代入上式有：022111( )( )2( )cos2cos2( )cos(21)sinomnoomnonnu tUJmJmn ttUJmntt135sin(sin)2( )2( )sin32( )sin5mtJ mJmtJmt 2112( )cos(21)nnJmnt經(jīng)化

11、簡(jiǎn)有：經(jīng)化簡(jiǎn)有：( )( )cos()omnonu tUJmnt 第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：第一類貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)：( )( )( )nnnJmJmJm（n為偶數(shù)）為偶數(shù)）（n為奇數(shù)）為奇數(shù)）對(duì)于任意的對(duì)于任意的m，各階貝塞爾函數(shù)的平方和恒為，各階貝塞爾函數(shù)的平方和恒為1，即，即 即即( )( 1)( )nnnJmJm 2( )1nnJm m一定時(shí)，一定時(shí)，n 趨近于趨近于0，因此高次邊頻可忽略不計(jì)；，因此高次邊頻可忽略不計(jì)；( )nJm n一定時(shí)，一定時(shí)，m 。( )nJm因此調(diào)角信號(hào)的頻譜為因此調(diào)角信號(hào)的頻譜為( )( ) ()()omnoonuUJmnn 【調(diào)角信號(hào)頻譜的特點(diǎn)】【調(diào)角信號(hào)頻

12、譜的特點(diǎn)】 FM、PM信號(hào)的頻譜是由載頻信號(hào)的頻譜是由載頻 及邊頻及邊頻 組成，其中組成，其中 分分量幅度為量幅度為 、 分量幅度為分量幅度為 。oon o0( )omJm Uon ( )nomJm Uo-FM / PM的頻譜的頻譜o+oo-2o-3o-4o調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)u載波載波uo2.調(diào)頻信號(hào)的帶寬調(diào)頻信號(hào)的帶寬 由以上分析可知，調(diào)角信號(hào)的頻譜包含有無(wú)窮多個(gè)頻率分量。因由以上分析可知，調(diào)角信號(hào)的頻譜包含有無(wú)窮多個(gè)頻率分量。因此，從理論上講，此，從理論上講，F(xiàn)M/PM信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)該是信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)該是無(wú)限寬無(wú)限寬的。的。 實(shí)際上，實(shí)際上， FM/PM信號(hào)中各邊頻分量幅度正比于信號(hào)中各

13、邊頻分量幅度正比于 隨隨m一定一定時(shí)，時(shí)，n ，高次邊頻可忽略不計(jì)，因此，高次邊頻可忽略不計(jì)，因此FM/PM信號(hào)可近似信號(hào)可近似地認(rèn)為是具有有限帶寬的信號(hào)。下面分析以地認(rèn)為是具有有限帶寬的信號(hào)。下面分析以FM信號(hào)為例。信號(hào)為例。( )nJm( )nJm 工程上有兩種不同的準(zhǔn)則：工程上有兩種不同的準(zhǔn)則： （1）比較精確的準(zhǔn)則比較精確的準(zhǔn)則：FM信號(hào)的帶寬應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波信號(hào)的帶寬應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波振幅振幅1%以上的邊頻分量，即以上的邊頻分量，即 ()0.01nfJm此時(shí)，此時(shí)，F(xiàn)M信號(hào)的帶寬為信號(hào)的帶寬為max2FMBnF （2）Carson準(zhǔn)則準(zhǔn)則：凡是幅度小于未調(diào)載波振幅的：凡是幅

14、度小于未調(diào)載波振幅的10%15的的邊頻分量均可忽略不計(jì)。即邊頻分量均可忽略不計(jì)。即式中，式中， 為滿足上為滿足上述不等式的最大值；述不等式的最大值； maxn2F ()0.1 0.15nfJm此時(shí)，此時(shí)，F(xiàn)M信號(hào)的帶寬為信號(hào)的帶寬為 工程上，為了便于計(jì)算可采用以下近似公式：工程上，為了便于計(jì)算可采用以下近似公式：2(1)FMffBmmF2(1)2()FMfmBmFfF記住記住計(jì)算時(shí)所用的公式計(jì)算時(shí)所用的公式1fm ： （與（與AM波帶寬相同），稱為波帶寬相同），稱為窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻；2FMBF1fm ： ，稱為，稱為寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻；2(1)FMfBmF10fm ： 。22FMfmBm Ff

15、實(shí)際中的調(diào)制信號(hào)都具有有限頻帶，即其頻譜占有一定的頻率實(shí)際中的調(diào)制信號(hào)都具有有限頻帶，即其頻譜占有一定的頻率范圍范圍F minF max，因此實(shí)際，因此實(shí)際FM波的帶寬為波的帶寬為 maxmaxmax2(1)2(1)(1)22(10)fffFMfmfFmmFmBm Ffm mf：最大頻偏：最大頻偏6.3 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 6.3.2 壓控振蕩器直接調(diào)頻電路壓控振蕩器直接調(diào)頻電路 6.3 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 6.3.1 調(diào)頻、調(diào)相的方法調(diào)頻、調(diào)相的方法 仿真仿真1仿真仿真2 在同一調(diào)制信號(hào)在同一調(diào)制信號(hào) 的控制下，的控制下，F(xiàn)M波和波和PM波的表達(dá)式分別為：波的表達(dá)式分別為：( )ut0( )co

16、s( )tFMomofutUtkud( )cos( )PMomoputUtk ut( )( )dttdt00( )( )ttd 1. FM信號(hào)的產(chǎn)生方法信號(hào)的產(chǎn)生方法（1）直接調(diào)頻（）直接調(diào)頻（direct FM）法）法 它是指用調(diào)制信號(hào)直接對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制。它是指用調(diào)制信號(hào)直接對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制。（2）間接調(diào)頻（）間接調(diào)頻（indirect FM）法）法 它是指先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行它是指先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分積分，再由積分后的信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行，再由積分后的信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制。相位調(diào)制。( )ut0( )cos( )tFMomofutUtkud( )ut0( )tud0( )cos( )tFMo

17、mofutUtkud2. PM信號(hào)的產(chǎn)生方法信號(hào)的產(chǎn)生方法（1）直接調(diào)相（）直接調(diào)相（direct PM）法）法 它是指用調(diào)制信號(hào)直接對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制。它是指用調(diào)制信號(hào)直接對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制。（2）間接調(diào)相（）間接調(diào)相（indirect PM）法）法 它是指先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行它是指先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行微分微分，再由微分后的信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行，再由微分后的信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制。頻率調(diào)制。( )ut( )ut( )dutdt( )cos( )PMomoputUtk ut( )cos( )PMomoputUtk ut仿真仿真1仿真仿真26.3.2 壓控振蕩器直接調(diào)頻電路壓控振蕩器直接調(diào)頻電路 LC三點(diǎn)式振

18、蕩器的振蕩頻率三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率 ，因此用調(diào)制信號(hào)電壓，因此用調(diào)制信號(hào)電壓控制振蕩回路的參數(shù)，如回路電容控制振蕩回路的參數(shù)，如回路電容C或回路電感或回路電感L，并使振蕩頻率，并使振蕩頻率正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 1sLCs 在直接調(diào)頻法中常采用在直接調(diào)頻法中常采用壓控振蕩器壓控振蕩器（Voltage Control Oscillator）作為頻率調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。作為頻率調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。 1.VCO的特點(diǎn)的特點(diǎn) VCO的特點(diǎn)是：的特點(diǎn)是：瞬時(shí)頻率瞬時(shí)頻率 隨外加控制信號(hào)隨外加控制信號(hào) 的變化而變化的變化而變化。 ( ) t( )

19、ut 因此，因此，VCO的輸出信號(hào)即的輸出信號(hào)即FM信號(hào)為信號(hào)為0( )cos( )tFMomofutUtkud 式中，式中， ：VCO的固有振蕩頻率；的固有振蕩頻率； ：VCO的壓控靈敏度。的壓控靈敏度。fko 2.VCO直接調(diào)頻電路的原理框圖直接調(diào)頻電路的原理框圖( )ut0( )cos( )tFMomofutUtkud VCO中最常用的壓控元件為：中最常用的壓控元件為：變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管和由和由BJT、FET組成的組成的電抗管電路電抗管電路。3.VCO直接調(diào)頻直接調(diào)頻的特點(diǎn)的特點(diǎn) 缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動(dòng)頻率控制（缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動(dòng)頻率控制（automatic

20、 frequency control ，AFC ）電路來(lái)克服載頻偏移。）電路來(lái)克服載頻偏移。優(yōu)點(diǎn)：可獲得較大頻偏；優(yōu)點(diǎn)：可獲得較大頻偏；6.3.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路電路 重點(diǎn)重點(diǎn)（1）定義）定義1. 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 二極管即二極管即PN結(jié)，結(jié)，PN結(jié)具有電容效應(yīng)，它包括：結(jié)具有電容效應(yīng)，它包括：擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容：PN結(jié)正偏，由大量非平衡載流子注入造成的電容效應(yīng)結(jié)正偏，由大量非平衡載流子注入造成的電容效應(yīng)（電容效應(yīng)?。娙菪?yīng)小）勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容：PN結(jié)反偏，由勢(shì)壘區(qū)空間電荷所呈現(xiàn)的電容效應(yīng)結(jié)反偏，由勢(shì)壘區(qū)空間電荷所呈現(xiàn)的電容效應(yīng)因此為了充分利用因此為了充分利用P

21、N結(jié)電容效應(yīng)，結(jié)電容效應(yīng)，PN結(jié)應(yīng)工作在結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài)反向偏置狀態(tài)。 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(guò)特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻的變?nèi)荻O管，是經(jīng)過(guò)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)壘電容能雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的變化的壓控變?nèi)菰嚎刈內(nèi)菰＃?）原理）原理 變?nèi)荻O管的結(jié)電容變?nèi)荻O管的結(jié)電容 與反偏電壓與反偏電壓 的關(guān)系為：的關(guān)系為：jCRu： （零偏置）時(shí)的電容值；（零偏置）時(shí)的電

22、容值；oC0Ru ：PN結(jié)勢(shì)壘電位差（結(jié)勢(shì)壘電位差（Si：0.7；Ge：0.3V）；）；DU：結(jié)電容變化指數(shù)：結(jié)電容變化指數(shù) ，特殊工，特殊工藝時(shí)，藝時(shí)， 。1 3 1 21 5非線性關(guān)系非線性關(guān)系1ojRDCCuU 設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個(gè)靜態(tài)工作電壓設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個(gè)靜態(tài)工作電壓 和一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào)：和一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào)： ，則其兩端所加的反向偏壓為：，則其兩端所加的反向偏壓為：cosmuUtQU( )cosRQQmuUutUUt其結(jié)電容為：其結(jié)電容為： CjuRUQuRtCjQ其中：其中： 為靜態(tài)工作點(diǎn)的電容；為靜態(tài)工作點(diǎn)的電容；ojQQDDCCUUU表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。表示結(jié)

23、電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。 mQDUmUUC jtcos1cos1QmojoDQmDUUtCCCUUUtU1cos(1cos)QDmoDQDjQUUUCtUUUCmt2. 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理電路 為了突出調(diào)頻性能的分析，下圖只畫(huà)出了它的高頻交流等效電為了突出調(diào)頻性能的分析，下圖只畫(huà)出了它的高頻交流等效電路，沒(méi)有畫(huà)出直流饋電電路。路，沒(méi)有畫(huà)出直流饋電電路。 +uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+u-R1+UQ-( )RQuUut 圖中：圖中：C3為高頻耦合電容，為高頻耦合電容，C4為隔直電容，為隔直電容，LD為高頻扼流圈，為高頻扼流圈，

24、對(duì)調(diào)制信號(hào)對(duì)調(diào)制信號(hào)短路，但阻止高頻電流經(jīng)過(guò)調(diào)制信號(hào)源被旁路；短路，但阻止高頻電流經(jīng)過(guò)調(diào)制信號(hào)源被旁路；R1、R2為為C j的偏置電阻，為的偏置電阻，為C j提供靜態(tài)直流電壓：提供靜態(tài)直流電壓： 。212()QcUE RRR 右圖為振蕩器交流等效電路，右圖為振蕩器交流等效電路，C j與振蕩器回路并聯(lián)。二極管與振蕩器回路并聯(lián)。二極管的反偏電壓為：的反偏電壓為： 3.調(diào)頻性能分析調(diào)頻性能分析LC1C2CjVT+uR-由電路可知，振蕩頻率為：由電路可知，振蕩頻率為： 1LC其中，其中， 1212jC CCCCC11(1cos)jjQLCLCmt(1cos)jjQCCmt其中：其中： 為未加調(diào)制信號(hào)（

25、為未加調(diào)制信號(hào)（ ）時(shí)的振蕩頻率，即）時(shí)的振蕩頻率，即FM振蕩器的振蕩器的中心頻率中心頻率（載頻載頻）。）。 1ojQLC( )0ut【討論】【討論】（1） 時(shí)可得時(shí)可得2221(1cos)(1cos)ojQmtmtLC( )(1cos)cosooftmtkt2(1)(1)12!nn nxnxx 式中，式中，mfooQDUkmUU線性調(diào)頻線性調(diào)頻為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)為簡(jiǎn)化分析，假設(shè) ，則有，則有 。因此有：因此有：jCC1212jC CCCC2221( )(1cos)1cos(1)cos22! 2 2ootmtmtmt （2） 時(shí)按冪級(jí)數(shù)展開(kāi)并忽略三次以上的高次項(xiàng)有時(shí)按冪級(jí)數(shù)展開(kāi)并忽略三次以上的高

26、次項(xiàng)有22221(1)cos(1)cos28 228 2()coscos2ooooommmmtmttt 式中：式中：中心頻率：中心頻率 的偏移量，是由的偏移量，是由 的非的非 線性引起的。線性引起的。ojRCu2(1)8 2oom ：最大頻偏最大頻偏2momomo omm （希望（希望 越小越好）越小越好）o（希望（希望 越大越好）越大越好）m22(1)8 2mom ： 分量引起的附加頻偏，這會(huì)造成分量引起的附加頻偏，這會(huì)造成FM 接收時(shí)的非線性失真。接收時(shí)的非線性失真。2（希望（希望 越小越好）越小越好）2m調(diào)頻靈敏度調(diào)頻靈敏度222ommofommmQDQDmUSUUUUUUU4. 實(shí)用變

27、容二極管調(diào)頻電路實(shí)用變?nèi)荻O管調(diào)頻電路交流通路：交流通路： L1，C1、C2串聯(lián)，串聯(lián)，C3和反向串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O和反向串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管，三個(gè)支路并聯(lián)組成管，三個(gè)支路并聯(lián)組成電容反電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路饋三點(diǎn)式振蕩電路。兩個(gè)變?nèi)荻O管串聯(lián)后的總電容兩個(gè)變?nèi)荻O管串聯(lián)后的總電容 C1C2L1C3Cj1Cj2仿真仿真C1C3Cj1Cj2uR1R2LeReC2L1CbC4C5C6C7L2L3+-VT-UQECL4ud直流偏置電壓直流偏置電壓-UQ同時(shí)加在同時(shí)加在兩個(gè)變?nèi)荻O管的正極，調(diào)兩個(gè)變?nèi)荻O管的正極，調(diào)制信號(hào)制信號(hào) 經(jīng)經(jīng)L4扼流圈加在扼流圈加在二極管負(fù)極上，兩個(gè)二極管二極管負(fù)極上，兩個(gè)二

28、極管的動(dòng)態(tài)偏置為：的動(dòng)態(tài)偏置為： ( )ut( )( )dQutUut2jjCC C j與與C3串聯(lián)后接入振蕩回路，對(duì)振蕩回路來(lái)說(shuō)是串聯(lián)后接入振蕩回路，對(duì)振蕩回路來(lái)說(shuō)是部部分接入分接入，與單二極管直接接入比較，在，與單二極管直接接入比較，在 相同的情相同的情況下，況下，m值降低。值降低。 mf兩變?nèi)荻O管兩變?nèi)荻O管反向串聯(lián)反向串聯(lián)，對(duì)高頻信號(hào)而言，加到兩管的高頻電壓降低，對(duì)高頻信號(hào)而言，加到兩管的高頻電壓降低一半，可減弱高頻電壓對(duì)結(jié)電壓的影響，另外在高頻電壓的任一半周內(nèi)，一半，可減弱高頻電壓對(duì)結(jié)電壓的影響，另外在高頻電壓的任一半周內(nèi)，一個(gè)變?nèi)莨芗纳娙菰龃?，而另一個(gè)則減少，使結(jié)電容的變化不對(duì)

29、稱性一個(gè)變?nèi)莨芗纳娙菰龃?，而另一個(gè)則減少，使結(jié)電容的變化不對(duì)稱性相互抵消，從而相互抵消，從而消弱寄生調(diào)制消弱寄生調(diào)制。 （1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu)（2）電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)）電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)6.3.4 晶體振蕩器直接調(diào)頻晶體振蕩器直接調(diào)頻電路電路 在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場(chǎng)合，可以采在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場(chǎng)合，可以采用直接對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻的方法。用直接對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻的方法。 1晶體振蕩器直接調(diào)頻原理晶體振蕩器直接調(diào)頻原理右圖為并聯(lián)型皮爾斯振蕩器，其振蕩頻率為：右圖為并聯(lián)型皮爾斯振蕩器，其振蕩頻率為： 【說(shuō)明】：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個(gè)【說(shuō)明】：晶體在電路中呈現(xiàn)

30、為一個(gè)等效電感等效電感，故只能工作于晶體，故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振頻率的串聯(lián)諧振頻率f q與并聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率f p之間，而之間，而f q與與 f p之間的頻率變之間的頻率變化范圍只有：化范圍只有：（1）并聯(lián)型皮爾斯晶體振蕩器）并聯(lián)型皮爾斯晶體振蕩器12()qoqLoCffCCC1C2JTC3式中：式中：Cq為晶體的等效電容，為晶體的等效電容，C o：晶體的靜態(tài)電容，：晶體的靜態(tài)電容， ， f q：晶體的串聯(lián)諧振頻率。：晶體的串聯(lián)諧振頻率。1231111LCCCC（2）晶體調(diào)頻振蕩器）晶體調(diào)頻振蕩器 若用壓控元件若用壓控元件Cj代替代替C3并受調(diào)制電壓并受調(diào)制電壓 控制，則皮爾斯振蕩

31、器控制，則皮爾斯振蕩器就成為一個(gè)就成為一個(gè)晶體調(diào)頻振蕩器。晶體調(diào)頻振蕩器。( )ut量級(jí)，再加上量級(jí)，再加上Cj的串聯(lián)，晶體的串聯(lián)，晶體可調(diào)振蕩頻率更窄可調(diào)振蕩頻率更窄。 341010pqofff例如載頻為例如載頻為40MHz的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有7.5KHz，所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定，所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但缺點(diǎn)是度，但缺點(diǎn)是最大頻偏很小最大頻偏很小，實(shí)際中需要采用，實(shí)際中需要采用擴(kuò)大頻偏擴(kuò)大頻偏的措施。的措施。 擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：擴(kuò)大頻偏的方法有兩種： 晶體支路中晶體支路中串接小電感

32、串接小電感； 利用利用型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換阻抗變換來(lái)擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感性的工作頻率范來(lái)擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感性的工作頻率范圍。圍。2.晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)用電路晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)用電路 C1C2CjLJT-UQ+C5u(t)W1W2VDJTCLRb1Rb2C1C2ReC3ECRz2Rz1VDzRC4+-仿真仿真 L：小電感，擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏。：小電感，擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏。 EC經(jīng)穩(wěn)壓管經(jīng)穩(wěn)壓管VDZ穩(wěn)壓后經(jīng)穩(wěn)壓后經(jīng)RZ2=2.4k和和W1=47k電位器分壓后，經(jīng)電位器分壓后，經(jīng)R電阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變電位器電阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變電位器W1的活動(dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿牡幕顒?dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿腢Q從而改變從而

33、改變Cj ，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào) 經(jīng)電位器經(jīng)電位器W2加于變?nèi)莨芗佑谧內(nèi)莨躒D，改變電位器，改變電位器W2的活的活動(dòng)頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲動(dòng)頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲得要求的頻偏。得要求的頻偏。( )ut6.3.5 間接調(diào)頻間接調(diào)頻電路電路 但最大頻偏小的缺點(diǎn)可通過(guò)但最大頻偏小的缺點(diǎn)可通過(guò)多級(jí)倍頻器多級(jí)倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外采用偏，另外采用混頻器混頻器變換頻率可得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。變換頻率可得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。 間接調(diào)頻

34、法就是利用調(diào)相方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。間接調(diào)頻法就是利用調(diào)相方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 1. 間接調(diào)頻法間接調(diào)頻法 晶振晶振 窄帶窄帶 ( )FMut寬帶寬帶 ( )FMut( )ut( )ut dt 高穩(wěn)定度的載波振蕩器用晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)。高穩(wěn)定度的載波振蕩器用晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)。 窄帶調(diào)頻信號(hào)經(jīng)多級(jí)倍頻和混頻后，產(chǎn)生中心頻率范圍和頻偏窄帶調(diào)頻信號(hào)經(jīng)多級(jí)倍頻和混頻后，產(chǎn)生中心頻率范圍和頻偏都符合要求的寬帶都符合要求的寬帶FM波輸出。波輸出。 在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線性調(diào)頻要以在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線性調(diào)頻要以線性調(diào)相線性調(diào)相為基礎(chǔ)。但在實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)。但在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)相時(shí)，線性調(diào)相時(shí)，最大瞬時(shí)相位偏移最大瞬時(shí)相位偏移 ，即，

35、即 。因此。因此線性調(diào)相范圍很窄。由此轉(zhuǎn)換的線性調(diào)相范圍很窄。由此轉(zhuǎn)換的FM波的最大頻偏波的最大頻偏 也是很小的，也是很小的，即即 。30mmax( )30pk utmf1fm 缺點(diǎn)：不能獲得較大的頻偏。缺點(diǎn)：不能獲得較大的頻偏。 2. 變?nèi)荻O管調(diào)相電路變?nèi)荻O管調(diào)相電路間接調(diào)頻的關(guān)鍵電路是間接調(diào)頻的關(guān)鍵電路是調(diào)相器調(diào)相器。下面介紹變?nèi)荻O管調(diào)相電路。下面介紹變?nèi)荻O管調(diào)相電路。（1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu) 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。管調(diào)相電路。 R1R2R3R4C1C2C3C4CjLUQ=9V載波載波輸入輸入調(diào)相波調(diào)相波 輸出輸出CjL調(diào)相波調(diào)相波 輸出輸出載波載波輸入輸入 R1、R2：諧振回路