第頻率調(diào)制與解調(diào)PPT課件

1、第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1 調(diào)頻信號分析 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法 7.3 調(diào)頻電路 7.4 鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路 7.6 調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及特殊電路 7.7 調(diào)頻多重廣播第1頁/共111頁重點(diǎn)：重點(diǎn)： 1. 1. 調(diào)頻波的基本特性（數(shù)學(xué)表達(dá)式，波形圖，頻調(diào)頻波的基本特性（數(shù)學(xué)表達(dá)式，波形圖，頻譜圖，頻帶寬度，譜圖，頻帶寬度， ） 2 2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的典型電路，工變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的典型電路，工作原理及分析作原理及分析 3 3變?nèi)荻O管調(diào)相變?nèi)荻O管調(diào)相間接調(diào)頻電路。間接調(diào)頻電路。4 4鑒頻的原理與實現(xiàn)方法。鑒頻的原理與實現(xiàn)方法?；ジ旭詈舷辔昏b頻器互感耦合相位鑒頻器

2、難點(diǎn)：難點(diǎn)： 1 1調(diào)頻與調(diào)相的區(qū)別。調(diào)頻與調(diào)相的區(qū)別。 2 2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。 3. 3. 互感耦合相位鑒頻器互感耦合相位鑒頻器avp第2頁/共111頁概述概述)(tu)(tu)(tu高頻振蕩的振幅不變，而角度隨調(diào)制信號高頻振蕩的振幅不變，而角度隨調(diào)制信號 按一定關(guān)系變化按一定關(guān)系變化。高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時頻率隨調(diào)制信號高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時頻率隨調(diào)制信號 線性關(guān)系線性關(guān)系變化，這樣的已調(diào)波稱為調(diào)頻波，常用變化，這樣的已調(diào)波稱為調(diào)頻波，常用FMFM表示。表示。高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時相位隨調(diào)制信號高頻振蕩的振幅不變，而其瞬時相位隨調(diào)制信號 線

3、性關(guān)系變化。線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)相波，常用這樣的已調(diào)波稱為調(diào)相波，常用PMPM表示。表示。角度調(diào)制分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制兩類，統(tǒng)稱為調(diào)角。角度調(diào)制分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制兩類，統(tǒng)稱為調(diào)角。一、角度調(diào)制電路的功能與分類一、角度調(diào)制電路的功能與分類1.1.角度調(diào)制角度調(diào)制2.2.角度調(diào)制的分類角度調(diào)制的分類3.3.相位調(diào)制相位調(diào)制4.4.頻率調(diào)制頻率調(diào)制第3頁/共111頁二、角度調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)與用途 優(yōu)點(diǎn): 1、抗干擾能力強(qiáng) 2、FM廣播音質(zhì)好，但BW寬，波段內(nèi)容納的電臺數(shù)??；主要用于超短波波段。 如：調(diào)頻廣播：（88108）MHz，BW=180KHZ。 3發(fā)射功率小。 作用:調(diào)頻主要用于調(diào)

4、頻廣播、廣播電視、通信與遙調(diào)頻主要用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信與遙控遙測等。調(diào)相主要用于數(shù)字通信控遙測等。調(diào)相主要用于數(shù)字通信。第4頁/共111頁7.1 調(diào)頻信號分析 調(diào)頻信號的參數(shù)與波形1、時域表達(dá)式令u(t)=Ucost, uC=UCcosct, 調(diào)頻信號的瞬時角頻率為00( )( )ttd ( )( )( )cosccfcmttk utt 為了分析方便,不妨設(shè)0=0,0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt mfm第5頁/共111頁圖71 調(diào)頻波波形t0t0u(a)(b)t0(t)(c)cmt0(d)IFM(t)t(t)024Tc2Tcmf(t)c(e)sin( )c

5、os(sin)RefejmtjtFMCcfCutUtmtU ee2、波形第6頁/共111頁圖72 調(diào)頻波fm、mf與F的關(guān)系 Ffmmf0fmmf： 是比例常數(shù)，表示3、調(diào)頻信號的基本參數(shù)c：載波角頻率，它是沒有受調(diào)時的載波頻率。 ：調(diào)制信號角頻率，它反映了受調(diào)制的信號的瞬時頻率變化的快慢。 m：相對于載頻的最大角頻偏(峰值角頻偏) 2mmf：最大頻偏 UkfmfkU對最大角頻偏的控制能力，它是單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的頻率偏移量，稱為調(diào)頻靈敏度。Ffmmmmf：調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù) 。fm與U成正比），與成反比。第7頁/共111頁 調(diào)頻波的頻譜 1調(diào)頻波的展開式 sin()fjmtjn tnfneJme

6、（75） 式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù),它可以用無窮級數(shù)進(jìn)行計算。20( 1) ()2()!()!fnnmnfmmJmm nm（76） 第8頁/共111頁調(diào)頻波的頻譜()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt （77） 01234567891011120.40.200.20.40.60.81.0Jn(mf)J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10mf圖73 第一類貝塞爾函數(shù)曲線 第9頁/共111頁圖74 單頻調(diào)制時FM波的振幅譜（a）為常數(shù);（b）m為常數(shù) cmf1cmf1mf2ccmf2cmf5cmf10Qcmf15

7、mf5cmf10mf20cc(a)(b) 2調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) )3cos()()3cos()()2cos()()2cos()()cos()()cos()(cos)()(3322110 tmJtmJtmJtmJtmJtmJtmJUtucfcfcfcfcfcfcfcFM這些邊頻對稱地分布在載頻兩邊，其幅度決定于調(diào)制指數(shù) 。調(diào)頻波是由載波c與無數(shù)邊頻 nc組成，fm調(diào)頻波的特點(diǎn)：第10頁/共111頁圖75 調(diào)頻信號的矢量表示 0載波0載波合成矢量0合成矢量(a) AM情況(b) NBFM情況mfsin t第11頁/共111頁 調(diào)頻波的信號帶寬 通常采用的準(zhǔn)則是,信號的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)

8、載波1%以上的邊頻分量,即 |Jn(mf)| 0.01 當(dāng)mf很大時,此時帶寬為 Bs=2nF=2mfF=2fm （79） 當(dāng)mf很小時,如mfp2Z2,p=1/2。分析可得,AB間的電壓為 第72頁/共111頁某鑒頻器鑒頻靈敏度SD=2mV/kHZ，線性鑒頻范圍2fm50kHZ，輸入調(diào)頻信號 調(diào)頻靈敏度kf=3，試畫出鑒頻特性曲線，并求出輸入調(diào)頻信號的最大頻偏，頻帶寬度以及鑒頻器輸出電壓, 原調(diào)制信號。73( )5cos21015cos210 (V)FMuttt第73頁/共111頁比例鑒頻器比例鑒頻器比例鑒頻器 M1DCcLO2DC2LDC1R2RLRLCBoU1UoEA1D2D1U22U2

9、2U1R2RDLR1C2C1cU2cU22U22U1D2D1U工作原理 輸出電壓也可由下式導(dǎo)出：LoRiiu)(122122)(CLLuRiRRi1211)(CLLuRiRRiLLCCoRRRuuu212212112121212/1/1212121)(21CCCCoCCCCooCCoCCouuuuEuuuuEEuuEuuu第74頁/共111頁 比例鑒頻器 1、它與互感耦合相位鑒頻器電路的區(qū)別在于： (1)兩個二極管順接； (2)在電阻(R1+R2)兩端并接一個大電容C，容量約在10F數(shù)量級。時間常數(shù)(R1+R2)C很大，約0.10.25s，遠(yuǎn)大于低頻信號的周期。 (3)接地點(diǎn)和輸出點(diǎn)改變。第7

10、5頁/共111頁圖746 比例鑒頻器電路及特性 .U1ML2LcVD1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a)2U2.U1.2U2.VD1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0fUo(b)(c)VD2VD2VD1VD2比例鑒頻 1 1、當(dāng)、當(dāng)f f= =f fc c時，時，U UD1D1= =U UD2D2, , i i1 1= =i i2 2, ,但以相反方向流過負(fù)載但以相反方向流過負(fù)載R RL L, ,所以輸所以輸出電壓為零；出電壓為零； 2 2、 當(dāng)當(dāng)f f f fc c時，時，U UD1D1 U UD2D2, , i1i2, ,輸出

11、電壓為負(fù)；輸出電壓為負(fù)； 3 3、當(dāng)、當(dāng)f f f fc c時，時，U UD1D1 U UD2D2, , i i1 1 i i2 2，輸出電壓為正。輸出電壓為正。第76頁/共111頁 3.自限幅原理 (1)回路的無載Q0值要足夠高，以便當(dāng)檢波器輸入電阻Ri隨輸入電壓幅度變化時，能引起回路Qe明顯的變化。 (2)要保證時常數(shù)(R1+R2)C大于寄生調(diào)幅干擾的幾個周期。比例鑒頻器存在著過抑制與阻塞現(xiàn)象。 第77頁/共111頁圖747 減小過抑制及阻塞的措施 RREo第78頁/共111頁正交鑒頻器 正交鑒頻器正交鑒頻器 )sincos(11tmtUufc2uFMu移相KLPFou3u1u)sinco

12、s(22tmtUufccosUuoarctg2當(dāng)1/0ff時：00022sin)22cos(ffUQffQUffQUuo移相網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù) ：jLCjQLCjRCjLCjRjH1)1(111)1(11)(121LCR1C1u2uLRQ002022) 1(ffQQ)(110CCLc設(shè)：第79頁/共111頁 圖748 集成正交鑒頻器 V1V2V4V3R1R5V5V6V7V8R7V9V1010111312R2R3R4R6R8R9R101VD1LCR115R12V12V13R1423C14R13V11V16V14V15V17V18R15VD6R16678R1714限幅中放內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)頻檢波VD2VD3VD

13、4VD5RV192.集成正交鑒頻器包括限幅中放(V1 ,V2;V4、V5;V7、8為三級差分對放大器，V3、V6和V9為三個射極跟隨器)、內(nèi)部穩(wěn)壓(VD1VD5、V10)和鑒頻電路三部分。 第80頁/共111頁 其它鑒頻電路 1.差分峰值斜率鑒頻器 差分峰值斜率鑒頻器是一種在集成電路中常用的振幅鑒頻器。圖750(a)是一個在電視接收機(jī)伴音信號處理電路(如D7176AP ,TA7243P)等集成電路中采用的差分峰值斜率鑒頻器。 第81頁/共111頁 圖750 差分峰值斜率鑒頻器 C3V5V6RcI0uiV1V3V2V4EcL19u110u20f02f0f01U2U1U1、U2fuo0f02f0f

14、01f(a)(b)(c)C4C1C2第82頁/共111頁 移相網(wǎng)絡(luò)接在集成電路的、10腳之間。設(shè)從腳向右看的移相電路的諧振頻率為f01，從10腳向左看的移相電路的諧振頻率為f02，則 0111021121212()fLCfL CC(767) (768) 第83頁/共111頁 2.晶體鑒頻器 晶體鑒頻器的原理電路如圖751所示。電容C與晶體串聯(lián)后接到調(diào)頻信號源。VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2為兩個二極管包絡(luò)檢波器。為了保證電路平衡，通常VD1與VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。第84頁/共111頁圖751 晶體鑒頻器原理電路 uFM(t)R1R2C1CR3C2VD1VD2u第85

15、頁/共111頁 圖752 電容晶體分壓器(a)電抗曲線；(b)電容、晶體兩端電壓變化曲線 0fqXqfcXcXqf0UcUqfqf0fcf(a)(b)f0第86頁/共111頁圖753 晶體鑒頻器的鑒頻特性 Uo0fqf0fcf第87頁/共111頁 限幅電路 振幅限幅器的性能可由圖754(b)所示的限幅特性曲線表示。圖中，Up表示限幅器進(jìn)入限幅狀態(tài)的最小輸入信號電壓，稱為門限電壓。對限幅器的要求主要是在限幅區(qū)內(nèi)要有平坦的限幅特性，門限電壓要盡量小。 第88頁/共111頁圖754 限幅器及其特性曲線 非線性器 件濾波器usuo(a)(b)UsmUp0Uom第89頁/共111頁7.6 調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及

16、特殊電路 調(diào)頻發(fā)射機(jī) 圖755是一種調(diào)頻發(fā)射機(jī)的框圖。其載頻fc=88108MHz,輸入調(diào)制信號頻率為50Hz15kHz，最大頻偏為75kHz。由圖可知，調(diào)頻方式為間接調(diào)頻。由高穩(wěn)定度晶體振蕩器產(chǎn)生fc1=200kHz的初始載波信號送入調(diào)相器，由經(jīng)預(yù)加重和積分的調(diào)制信號對其調(diào)相。調(diào)相輸出的最大頻偏為25Hz，調(diào)制指數(shù)mf0.5。第90頁/共111頁 圖755 調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖 第91頁/共111頁 調(diào)頻接收機(jī) 圖756為廣播調(diào)頻接收機(jī)典型方框圖。為了獲得較好的接收機(jī)靈敏度和選擇性，除限幅級、鑒頻器及幾個附加電路外，其主要方框均與AM超外差接收機(jī)相同。調(diào)頻廣播基本參數(shù)與發(fā)射機(jī)相同。 第92頁/共1

17、11頁 圖756 調(diào)頻接收機(jī)方框圖 混頻器射頻放大88108 MHz本振中頻放大限幅器鑒頻器自動頻率控制電路靜噪電路去加重電路和音頻放大電路輸出第93頁/共111頁 特殊電路 1.預(yù)加重及去加重電路 理論證明，對于輸入白噪聲，調(diào)幅制的輸出噪聲頻譜呈矩形，在整個調(diào)制頻率范圍內(nèi)，所有噪聲都一樣大。調(diào)頻制的噪聲頻譜(電壓譜)呈三角形，見圖757(b)，隨著調(diào)制頻率的增高，噪聲也增大。調(diào)制頻率范圍愈寬，輸出的噪聲也愈大。 第94頁/共111頁圖757 調(diào)頻解調(diào)器的輸出噪聲頻譜 (a)功率譜；(b)電壓譜 0Sno()0U()(a)(b)第95頁/共111頁 由于調(diào)頻噪聲頻譜呈三角形，或者說與成線性關(guān)系

18、，使我們聯(lián)想到將信號作相應(yīng)的處理，即要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的特性為 H(j)=j 第96頁/共111頁 圖758 預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)及其特性 (a)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)；(b)頻率響應(yīng) R1CR2012|H(j)/dB(a)H(j) k1j/11j/2k(1j/1)(b)第97頁/共111頁 去加重網(wǎng)絡(luò)及其頻響曲線如圖759所示。從圖看出，當(dāng)2時，預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)總的頻率傳遞函數(shù)近似為一常數(shù)，這正是使信號不失真所需要的條件。圖759 去加重網(wǎng)絡(luò)及其特性 R1C(a)H(j)11j/101|H(j)|/dB(b)第98頁/共111頁 采用預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)后，對信號不會產(chǎn)生變化，但對信噪比卻得到較大的改善，如圖760所示。

19、圖760預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)對信噪比的改善 Sno()去加重前去加重后(a)08160.11/dB10(b)m10第99頁/共111頁 2. 靜噪電路 由于在調(diào)頻接收中存在門限效應(yīng)，因此在系統(tǒng)設(shè)計時要盡可能地降低門限值。為了獲得較高的輸出信噪比，在鑒頻器的輸入端的輸入信噪比要在門限值之上。但在調(diào)頻通信和調(diào)頻廣播中，經(jīng)常會遇到無信號或弱信號的情況，這時輸入信噪比就低于門限值，輸出端的噪聲就會急劇增加。 第100頁/共111頁圖761 靜噪電路舉例 50帶 通濾波器5 kHz靜噪0.16.2 k0.01100 k16 k1 k2.2100 k510 k112.2510 k14LM389音量鑒頻器輸 出1

20、00 k1 k15131210 k1612 V17 180.12.70.05100第101頁/共111頁圖762 靜噪電路接入方式 鑒頻低放靜噪鑒頻低放靜噪第102頁/共111頁7.7 調(diào)頻多重廣播 調(diào)頻立體聲廣播 1.調(diào)頻立體聲廣播方式 圖763示出了調(diào)頻立體聲廣播的系統(tǒng)圖。左聲道信號(L)和右聲道信號(R)經(jīng)各自的預(yù)加重在矩陣電路中形成和信號(L+R)和差信號(L-R)。和信號(L+R)照原樣成為主信道信號，差信號(L-R)經(jīng)平衡調(diào)制器對副載波進(jìn)行抑制載波的調(diào)幅，成為副信道信號。第103頁/共111頁圖763 調(diào)頻立體聲廣播發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)圖 預(yù)加重預(yù)加重LR矩陣電路L R平 衡調(diào)制器主信道信號L R副 信道信號副載波振蕩器二分頻38 kHzFM發(fā)射機(jī)導(dǎo)頻信號第104頁/共111頁 2. 調(diào)頻立體聲接收機(jī) 調(diào)頻立體聲接收機(jī)的框圖如圖764所示，在鑒頻器之前與單聲道調(diào)頻接收機(jī)的組成相同。 圖76