通信電子電路于洪珍第六章_第1～4節(jié)

1、本章重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)（一）本章重點(diǎn)（一）本章重點(diǎn) 1 1）調(diào)頻的概念以及調(diào)頻信號(hào)的基本性質(zhì)及特）調(diào)頻的概念以及調(diào)頻信號(hào)的基本性質(zhì)及特點(diǎn)點(diǎn) 2 2）變?nèi)荻O管調(diào)頻電路及典型電路分析；）變?nèi)荻O管調(diào)頻電路及典型電路分析； 3 3）電抗管調(diào)頻電路及典型電路分析；）電抗管調(diào)頻電路及典型電路分析； 4 4）晶體振蕩器調(diào)頻電路；）晶體振蕩器調(diào)頻電路； 5 5）調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生及調(diào)頻波的頻譜；）調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生及調(diào)頻波的頻譜； 6 6）鑒頻的概念，相位、比例鑒頻器。）鑒頻的概念，相位、比例鑒頻器。（二）本章難點(diǎn)（二）本章難點(diǎn) 1 1）調(diào)相的概念與調(diào)相波形）調(diào)相的概念與調(diào)相波形 2 2）相位鑒頻器）相位鑒

2、頻器6.1 6.1 引引 言言一、調(diào)制一、調(diào)制 FMFM : : 用用調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)的頻率調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)的頻率, ,使使載波信號(hào)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變載波信號(hào)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變, ,稱為頻率調(diào)稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻；制或調(diào)頻； PM PM : : 用用調(diào)制信號(hào)控制調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)的相位載波信號(hào)的相位, ,使使載波信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)而變，載波信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)而變，稱為相稱為相位調(diào)制或調(diào)相。位調(diào)制或調(diào)相。 在這兩種調(diào)制過程中，在這兩種調(diào)制過程中，載波信號(hào)的幅載波信號(hào)的幅度都保持不變，而頻率的變化和相位的變度都保持不變，而頻率的變化和相位的變化都表現(xiàn)為相角的變化，化都表現(xiàn)為相角的變化，

3、因此，把調(diào)頻和因此，把調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為角度調(diào)制或調(diào)角。調(diào)相統(tǒng)稱為角度調(diào)制或調(diào)角。 一個(gè)固定頻率的等幅載波一個(gè)固定頻率的等幅載波 載波信號(hào)的幅度；載波信號(hào)的幅度； 載波信號(hào)的角頻率；載波信號(hào)的角頻率； 載波信號(hào)的初相角。載波信號(hào)的初相角。在時(shí)間間隔在時(shí)間間隔 內(nèi)，內(nèi)， 相角改變相角改變 ，當(dāng)當(dāng)t t足夠小時(shí)，角頻率就是足夠小時(shí)，角頻率就是 (6-3)(6-3)mccos()uUtmUcd ( )( )dttt( )( )dttt12)(t12ttt二、調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角的原因二、調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角的原因用旋轉(zhuǎn)矢量在橫軸上的投影表示高頻信號(hào)，用旋轉(zhuǎn)矢量在橫軸上的投影表示高頻信號(hào)，有有 （6-4

4、6-4） 將式（將式（6-36-3）代入式（）代入式（6-46-4）中得）中得 （6-56-5） 這說(shuō)明了無(wú)論角頻率的變化或相角的變化這說(shuō)明了無(wú)論角頻率的變化或相角的變化都可以歸結(jié)為式（都可以歸結(jié)為式（6-56-5）中載波角度）中載波角度 也即也即 的變化，這正是調(diào)頻與的變化，這正是調(diào)頻與調(diào)相統(tǒng)稱調(diào)相統(tǒng)稱“角度調(diào)制角度調(diào)制”的原因。的原因。m( )cos ( )u tUtm( )cos( )du tUtt)(t( )dtt6.2 6.2 調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)角波的性質(zhì)一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系四、調(diào)

5、角波的頻譜四、調(diào)角波的頻譜五、調(diào)角信號(hào)的頻帶寬度五、調(diào)角信號(hào)的頻帶寬度六、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系六、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式ccfcfmc( )( )( )coscosttK utK Uttm( )cosutUtcmc( )cosu tUt設(shè)調(diào)制信號(hào)為設(shè)調(diào)制信號(hào)為載波信號(hào)為載波信號(hào)為（6-76-7） 是由調(diào)制信號(hào)是由調(diào)制信號(hào) 所引起的角頻率偏移，所引起的角頻率偏移，稱頻偏或頻移。它與調(diào)制信號(hào)成正比，稱頻偏或頻移。它與調(diào)制信號(hào)成正比，調(diào)頻時(shí)，調(diào)頻時(shí)，載波高頻振蕩的瞬時(shí)頻率載波高頻振蕩的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化，呈線性變化，其比例

6、系數(shù)為其比例系數(shù)為Kf 即即)(tu)(t式中，式中， 是是最大頻偏。最大頻偏。 將式（將式（6-76-7） 代入式（代入式（6-56-5）就得到調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即有就得到調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即有mc( )cos (cos)du tUttmccos(sin)Utt （6-86-8）c( )costt)(t的最大值稱為最大頻偏，用的最大值稱為最大頻偏，用 表示。表示。 m( )cos( )du tUtt 叫叫調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，以符號(hào)以符號(hào)mf 表示表示 它是最大頻偏與調(diào)制信號(hào)角頻率之比。它是最大頻偏與調(diào)制信號(hào)角頻率之比。mf 值可以大于值可以大于1 1（這與調(diào)幅波不同，

7、調(diào)幅指數(shù)這與調(diào)幅波不同，調(diào)幅指數(shù)總是小于總是小于1 1的）。所以調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為的）。所以調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （6-116-11）fmmcf0, ( )cossinu tUtmtmcf( )cossinu tUtmt 若若二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式 對(duì)于調(diào)相波，其瞬時(shí)相位除了原來(lái)的對(duì)于調(diào)相波，其瞬時(shí)相位除了原來(lái)的載波相位載波相位 外，又附加了一個(gè)變化外，又附加了一個(gè)變化部分，這個(gè)變化部分與調(diào)制信號(hào)成比例關(guān)部分，這個(gè)變化部分與調(diào)制信號(hào)成比例關(guān)系，因此總的相角可表示為系，因此總的相角可表示為 （6-126-12） 稱為調(diào)相指數(shù)，以符號(hào)稱為調(diào)相指數(shù)，以符號(hào) mp 表示，表示，

8、 即即 將式（將式（6-126-12） 代入式代入式 ct cpmcosttK UtpK UppmmK UmcpcoscosuUtmt（6-146-14）m( )cos ( )u tUt三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系1)1) 兩者在相位上相差兩者在相位上相差 ?2) 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù) 調(diào)頻時(shí)調(diào)制指數(shù)，調(diào)頻時(shí)調(diào)制指數(shù)， 與調(diào)制信號(hào)的振幅成正與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，比，而與調(diào)制頻率成反而與調(diào)制頻率成反比。比。 調(diào)相時(shí)調(diào)制指數(shù)，調(diào)相時(shí)調(diào)制指數(shù)，它與它與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，而與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)。而與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)。ppmK UfffK Um3)3)最大頻率偏移的比較最大頻率

9、偏移的比較 調(diào)頻時(shí)，它的最大頻偏調(diào)頻時(shí)，它的最大頻偏與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，而與調(diào)制信號(hào)而與調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān)。頻率無(wú)關(guān)。 調(diào)相時(shí)的最大頻偏調(diào)相時(shí)的最大頻偏 不僅與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，不僅與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，而且還和調(diào)制而且還和調(diào)制信號(hào)的角頻率成正比。信號(hào)的角頻率成正比。 調(diào)相時(shí)，因調(diào)相波相位變化，必然產(chǎn)生頻率變化。調(diào)相時(shí)，因調(diào)相波相位變化，必然產(chǎn)生頻率變化。此時(shí)角頻率的瞬時(shí)值為此時(shí)角頻率的瞬時(shí)值為ffmK UpPPmmK U d ( )d( )ddttttcp(cos)tmtcpsinmt cpsint四、調(diào)角波的頻譜四、調(diào)角波的頻譜與有效頻帶寬度與有效頻帶寬度

10、設(shè)設(shè) ，得，得f0f2f10f2f4fcos(sin)()2()cos2()2()cos22()cos4.nnmtJmJmn tJmJmtJmt 0m0f( )cos(sin)u tUtmtmcfcfcoscos(sin)sinsin(sin)Utmttmtf21f01f3fsin(sin)2()sin(21)2()sin2()sin3nnmtJmntJ mtJ mt m0f0( )()u tUJm cos t3f03f0()cos(3 )()cos(3 ).JmtJmt 第一對(duì)邊頻第一對(duì)邊頻 第二對(duì)邊頻第二對(duì)邊頻 第三對(duì)邊頻第三對(duì)邊頻2fc2fc() cos(2)() cos(2)JmtJm

11、t1fc1fc() cos()() cos()JmtJmt 載頻載頻 這里，這里，n 均取正整數(shù)，均取正整數(shù)， 是以是以mf 為為參量的參量的n階第一類貝塞爾函數(shù)，階第一類貝塞爾函數(shù)， 、 等分別是等分別是以以mf 為參量的零階、一為參量的零階、一階、二階階、二階第一類貝塞爾函數(shù)。第一類貝塞爾函數(shù)。 它們的數(shù)值可以查有關(guān)貝塞爾函數(shù)曲它們的數(shù)值可以查有關(guān)貝塞爾函數(shù)曲線（貝塞爾函數(shù)值與參量的關(guān)系）線（貝塞爾函數(shù)值與參量的關(guān)系）, ,或直接或直接查表。查表。1fJmfmJ2fnJm圖圖6-6 6-6 貝塞爾函數(shù)曲線貝塞爾函數(shù)曲線調(diào)角信號(hào)的有效頻帶寬度調(diào)角信號(hào)的有效頻帶寬度1)1) 理論上，調(diào)角信號(hào)的

12、邊頻分量是無(wú)限多的，理論上，調(diào)角信號(hào)的邊頻分量是無(wú)限多的，也就是說(shuō)，也就是說(shuō)，它的頻譜是無(wú)限寬的。它的頻譜是無(wú)限寬的。2)2) 實(shí)際上，實(shí)際上，已調(diào)信號(hào)的能量絕大部分是集中已調(diào)信號(hào)的能量絕大部分是集中在載頻附近的一些邊頻分量上，在載頻附近的一些邊頻分量上，從某一邊從某一邊頻起，它的幅度便非常小。頻起，它的幅度便非常小。工程上習(xí)慣，工程上習(xí)慣，凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅的凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅的10%10%的邊的邊頻分量可以忽略不計(jì)。頻分量可以忽略不計(jì)。有效的高低邊頻的總數(shù)等于有效的高低邊頻的總數(shù)等于 個(gè)，個(gè)，因此調(diào)頻波的頻譜有效寬度（頻帶寬度）為因此調(diào)頻波的頻譜有效寬度（頻帶寬度）為 (

13、適用于適用于mf1的情況，的情況，也就是寬帶調(diào)頻也就是寬帶調(diào)頻)對(duì)于對(duì)于mf1,窄頻帶調(diào)頻頻譜寬度為窄頻帶調(diào)頻頻譜寬度為f221nmff2(1)BmFffmFf2()BfF f2BF五、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系五、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系 1. 1. 保持保持 固定，改變固定，改變 時(shí)時(shí) 1) 1) 當(dāng)當(dāng) （窄頻帶調(diào)頻）（窄頻帶調(diào)頻）P171P171 2) 2) 當(dāng)當(dāng) 增大時(shí)（即調(diào)制信號(hào)加強(qiáng)時(shí)），增大時(shí)（即調(diào)制信號(hào)加強(qiáng)時(shí)），邊頻數(shù)目增多而頻帶加寬。這與調(diào)幅波的邊頻數(shù)目增多而頻帶加寬。這與調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)有著根本的區(qū)別。頻譜結(jié)構(gòu)有著根本的區(qū)別。 fmf1m fm2.2. 保持保持 固定，

14、改變固定，改變 時(shí)時(shí)( (固固定定 ，改變改變F ) )1)1) 調(diào)頻指數(shù)：調(diào)頻指數(shù)：2)2) 邊頻數(shù)：邊頻數(shù)：3)3) 頻帶寬度：頻帶寬度： ffffmFf22(1)nmff2(1)BmF 調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)幅波調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)幅波一樣，也為載波功率和各邊頻功率之和。一樣，也為載波功率和各邊頻功率之和。由于調(diào)頻和調(diào)相的幅度不變，由于調(diào)頻和調(diào)相的幅度不變，所以調(diào)角波所以調(diào)角波在調(diào)制后總的功率不變，只是將原來(lái)載波在調(diào)制后總的功率不變，只是將原來(lái)載波功率中的一部分轉(zhuǎn)入邊頻中去。功率中的一部分轉(zhuǎn)入邊頻中去。所以載波所以載波成分的系數(shù)成分的系數(shù) 小于，表示載波功率小于，表示載波功

15、率減小了。減小了。0fJm六、調(diào)角波的功率六、調(diào)角波的功率 單音調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率可單音調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率可由式（由式（6-216-21）求得，此處調(diào)制系數(shù)的下角標(biāo)略去，）求得，此處調(diào)制系數(shù)的下角標(biāo)略去，即即 利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，則調(diào)頻波和調(diào)相波利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，則調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率為的平均功率為 可見，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)制前可見，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)制前的等幅載波功率相等。的等幅載波功率相等。22mav0L1( )2UPJmR)(2)(2)(222221 mJmJmJn2mavL12UPR6.3 6.3 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生一

16、、調(diào)頻方法一、調(diào)頻方法調(diào)頻的方法和電路很多，最常用的可分調(diào)頻的方法和電路很多，最常用的可分為兩大類：為兩大類：直接調(diào)頻和間接調(diào)頻直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。1.1.直接調(diào)頻：就是用調(diào)制電壓直接去控制直接調(diào)頻：就是用調(diào)制電壓直接去控制載頻振蕩器的頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。載頻振蕩器的頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。 例如：被控電路是例如：被控電路是振蕩器，那么，振蕩器，那么，它的振蕩頻率主要由振蕩回路電感它的振蕩頻率主要由振蕩回路電感與與電容電容 C 的數(shù)值來(lái)決定。的數(shù)值來(lái)決定。 若在振蕩回路中加入可變電抗，并用低若在振蕩回路中加入可變電抗，并用低頻調(diào)制信號(hào)去控制可變電抗的參數(shù)，頻調(diào)制信號(hào)去控制可變電抗的參數(shù)，即可即

17、可產(chǎn)生振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)頻波。產(chǎn)生振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)頻波。 其調(diào)頻電路原理，如圖其調(diào)頻電路原理，如圖6-96-9所示。所示。 在實(shí)際電路中，可變電抗元件的類型在實(shí)際電路中，可變電抗元件的類型有許多種，如變?nèi)荻O管、電抗管、晶體有許多種，如變?nèi)荻O管、電抗管、晶體振蕩器、鎖相環(huán)調(diào)頻等，所以直接調(diào)頻的振蕩器、鎖相環(huán)調(diào)頻等，所以直接調(diào)頻的方法很多。方法很多。2.2.間接調(diào)頻間接調(diào)頻 就是保持振蕩器的頻率不變，而就是保持振蕩器的頻率不變，而用調(diào)制電壓用調(diào)制電壓去改變載波輸出的相位，去改變載波輸出的相位，這實(shí)際上是調(diào)相。由于調(diào)這實(shí)際上是調(diào)相。由于調(diào)相和調(diào)頻有一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以相和調(diào)頻有

18、一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以只要附加一個(gè)簡(jiǎn)只要附加一個(gè)簡(jiǎn)單的變換網(wǎng)絡(luò)，就可以從調(diào)相獲得調(diào)頻。單的變換網(wǎng)絡(luò)，就可以從調(diào)相獲得調(diào)頻。所以所以間接間接調(diào)頻，就是先進(jìn)行調(diào)相，再由調(diào)相變?yōu)檎{(diào)頻。調(diào)頻，就是先進(jìn)行調(diào)相，再由調(diào)相變?yōu)檎{(diào)頻。二、調(diào)頻電路的性能指標(biāo)二、調(diào)頻電路的性能指標(biāo)調(diào)制特性調(diào)制特性 受調(diào)振蕩器的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系稱為受調(diào)振蕩器的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系稱為調(diào)制特性，調(diào)制特性，表示為表示為cff uf 是調(diào)制作用引起的頻率偏移，是調(diào)制作用引起的頻率偏移， fc 為中心頻率為中心頻率調(diào)制靈敏度調(diào)制靈敏度S 調(diào)制電壓變化單位數(shù)值所產(chǎn)生的振蕩頻率調(diào)制電壓變化單位數(shù)值所產(chǎn)生的振蕩頻率偏移稱為調(diào)制靈敏度；

19、偏移稱為調(diào)制靈敏度；若調(diào)制電壓變化若調(diào)制電壓變化 ，相應(yīng)的頻率偏移為相應(yīng)的頻率偏移為 ，靈敏度，靈敏度S S 的表示式為的表示式為 顯然，顯然，S 越大，調(diào)頻信號(hào)的控制作用越強(qiáng)，越大，調(diào)頻信號(hào)的控制作用越強(qiáng)，越容易產(chǎn)生大頻偏的調(diào)頻信號(hào)。越容易產(chǎn)生大頻偏的調(diào)頻信號(hào)。 ufufSf3 3最大頻偏最大頻偏 在正常調(diào)制電壓作用下，所能達(dá)到的最大頻在正常調(diào)制電壓作用下，所能達(dá)到的最大頻偏值以偏值以 表示，它是根據(jù)對(duì)調(diào)頻指數(shù)表示，它是根據(jù)對(duì)調(diào)頻指數(shù) mf 的的要求來(lái)選定的。要求來(lái)選定的。通常要求通常要求 的數(shù)值在整個(gè)波段的數(shù)值在整個(gè)波段內(nèi)保持不變。內(nèi)保持不變。. .載波頻率穩(wěn)定度載波頻率穩(wěn)定度 雖然，調(diào)頻

20、信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)在改雖然，調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)在改變。但這種變化變。但這種變化是以穩(wěn)定的載波（中心頻率）為是以穩(wěn)定的載波（中心頻率）為基準(zhǔn)的?；鶞?zhǔn)的。如果載頻穩(wěn)定，接收機(jī)就可以正常地接如果載頻穩(wěn)定，接收機(jī)就可以正常地接收調(diào)頻信號(hào)；若載頻不穩(wěn)，就有可能使調(diào)頻信號(hào)收調(diào)頻信號(hào)；若載頻不穩(wěn)，就有可能使調(diào)頻信號(hào)的頻譜落到接收機(jī)通常范圍之外，以致不能保證的頻譜落到接收機(jī)通常范圍之外，以致不能保證正常通信。正常通信。mfmf 因此，對(duì)于調(diào)頻電路，不僅要滿足一定頻偏要求，因此，對(duì)于調(diào)頻電路，不僅要滿足一定頻偏要求，而且而且振蕩中心頻率必須保持足夠高的頻率穩(wěn)定度，振蕩中心頻率必須保持足夠高的頻率

21、穩(wěn)定度，頻率穩(wěn)定度可用下式表示，即頻率穩(wěn)定度可用下式表示，即 -經(jīng)過時(shí)間間隔后中心頻率的偏移值經(jīng)過時(shí)間間隔后中心頻率的偏移值 -中心頻率。中心頻率。 cff頻率穩(wěn)定度時(shí)間間隔fcf6.4 6.4 調(diào)頻電路調(diào)頻電路一、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，電路簡(jiǎn)單，性能良用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，電路簡(jiǎn)單，性能良好，是目前最為廣泛使用的一種調(diào)頻電路。好，是目前最為廣泛使用的一種調(diào)頻電路。 1.1.變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體PN 結(jié)的結(jié)電容隨結(jié)的結(jié)電容隨外加反向電壓而變化這一特性外加反向電壓而變化這一特性，所制成的一種半所制成的一種半導(dǎo)體二

22、極管。導(dǎo)體二極管。 它是一種電壓控制可變電抗元件。它是一種電壓控制可變電抗元件。變?nèi)荻O變?nèi)荻O管與普通二極管相比，所不同的是管與普通二極管相比，所不同的是在反向電壓作在反向電壓作用下的結(jié)電容變化較大用下的結(jié)電容變化較大. .圖圖6-10 6-10 變?nèi)荻O管的表示符號(hào)及其等效電路變?nèi)荻O管的表示符號(hào)及其等效電路 變?nèi)荻O管的電容變?nèi)荻O管的電容C 隨著所加的反向偏隨著所加的反向偏壓壓U 而變化。而變化。 圖圖6-116-11是我們用是我們用C-V 特性測(cè)試儀特性測(cè)試儀對(duì)變?nèi)輰?duì)變?nèi)荻O管二極管2 2CC1313C 進(jìn)行實(shí)測(cè)所繪制的進(jìn)行實(shí)測(cè)所繪制的 CU 特特性曲線。可知，反偏壓越大，則電容越小

23、。性曲線?？芍?，反偏壓越大，則電容越小。這種特性可表示為這種特性可表示為nUUAC)(,變?nèi)荻O管調(diào)頻原理變?nèi)荻O管調(diào)頻原理 由于變?nèi)荻O管接在振蕩器回路中，其結(jié)電由于變?nèi)荻O管接在振蕩器回路中，其結(jié)電容成為回路電容的一部分。容成為回路電容的一部分。 當(dāng)調(diào)制電壓加在變?nèi)荻O管上當(dāng)調(diào)制電壓加在變?nèi)荻O管上使加在變?nèi)荻O管上的反向電壓受使加在變?nèi)荻O管上的反向電壓受u控制控制從而使得變?nèi)荻O管的結(jié)電容受從而使得變?nèi)荻O管的結(jié)電容受u控制控制則回路總電容則回路總電容C也要受也要受u控制控制最后使得振蕩器的振蕩頻率受最后使得振蕩器的振蕩頻率受u控制，控制，即瞬時(shí)即瞬時(shí)頻率隨頻率隨u的變化而變化。的變化

24、而變化。 由變?nèi)荻O管的電容和電感組成振蕩器的由變?nèi)荻O管的電容和電感組成振蕩器的諧振電路，其諧振頻率近似為諧振電路，其諧振頻率近似為 在變?nèi)荻O管上加一固定的反向直流偏在變?nèi)荻O管上加一固定的反向直流偏壓壓 和調(diào)制電壓和調(diào)制電壓 （圖（圖6-126-12），則變?nèi)荩?，則變?nèi)荻O管電容量將隨二極管電容量將隨 改變，通過二極管改變，通過二極管的變?nèi)萏匦裕▓D的變?nèi)萏匦裕▓D6-126-12）可以找出電容）可以找出電容時(shí)間的變化曲線（圖時(shí)間的變化曲線（圖6-126-12）。）。偏Uuu12fLC 此電容此電容 C 由兩部分組成，一部分是由兩部分組成，一部分是 為固定值；另一部分是為固定值；另一部分是

25、為變化為變化值值 ， 是變化部分的幅度，則有是變化部分的幅度，則有 0mcosCCCtmcosCt0CmC0m12(cos)fL CCt 在在 1 1 的條件下，將上式用二項(xiàng)的條件下，將上式用二項(xiàng) 式定理展開，并略去平方項(xiàng)以上各項(xiàng)，可式定理展開，并略去平方項(xiàng)以上各項(xiàng)，可 得得m0012(1cos)fCLCtCm0CCmcc01cos2CffftCcff 式中式中 mc01cos2CfftC c012fLC是頻率的變化部分是頻率的變化部分fmc012CfC是變化部分的幅值，稱為頻偏。是變化部分的幅值，稱為頻偏。 式式中的負(fù)號(hào)表示當(dāng)回路電容增加時(shí)，中的負(fù)號(hào)表示當(dāng)回路電容增加時(shí)，頻率是減小的。頻率是

26、減小的。 fc 稱為中心頻率稱為中心頻率 比較圖（圖比較圖（圖6-12 a6-12 a）及圖（圖）及圖（圖6-12 6-12 e e），），可見頻率是在隨調(diào)制電壓而變，從可見頻率是在隨調(diào)制電壓而變，從 而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。 由以上分析可知，因?yàn)樽內(nèi)荻O管勢(shì)由以上分析可知，因?yàn)樽內(nèi)荻O管勢(shì)壘電容隨反向偏壓而變，如果將變?nèi)荻O壘電容隨反向偏壓而變，如果將變?nèi)荻O管接在諧振回路兩端，使反向偏壓受調(diào)制管接在諧振回路兩端，使反向偏壓受調(diào)制信號(hào)所控制，這時(shí)回路電容有一部分按正信號(hào)所控制，這時(shí)回路電容有一部分按正弦規(guī)律變化，必然引起振蕩頻率作相應(yīng)的弦規(guī)律變化，必然引起振蕩頻率作相應(yīng)的變化。變化。 它

27、以它以 為中心作上下偏移，其偏移大小為中心作上下偏移，其偏移大?。l偏）與電容變化最大值（頻偏）與電容變化最大值 成比例。成比例。所所以回路的振蕩頻率是隨調(diào)制信號(hào)變化的，以回路的振蕩頻率是隨調(diào)制信號(hào)變化的，這就是變?nèi)荻O管調(diào)頻的基本原理。這就是變?nèi)荻O管調(diào)頻的基本原理。 由于由于 和和 兩條曲線并不是成兩條曲線并不是成 正比的，最后得到的正比的，最后得到的 曲線形狀將不與曲線形狀將不與 曲線完全一致，這就意味著調(diào)制失真。曲線完全一致，這就意味著調(diào)制失真。 mCcfuc fc tf tu 失真的程度不僅與變?nèi)荻O管的變?nèi)菔д娴某潭炔粌H與變?nèi)荻O管的變?nèi)萏匦杂嘘P(guān)，而且還決定于調(diào)制電壓的大小。特性有

28、關(guān)，而且還決定于調(diào)制電壓的大小。顯然，調(diào)制電壓愈大，則失真愈大。為了顯然，調(diào)制電壓愈大，則失真愈大。為了減小失真，調(diào)制電壓不宜過大，但也不宜減小失真，調(diào)制電壓不宜過大，但也不宜太小，因?yàn)樘t頻移太小。實(shí)際上應(yīng)兼太小，因?yàn)樘t頻移太小。實(shí)際上應(yīng)兼顧二者，一般取調(diào)制電壓比偏壓小一半多，顧二者，一般取調(diào)制電壓比偏壓小一半多，即即m0.5uU偏3.3.小小頻偏變?nèi)荻O管調(diào)頻器的分析頻偏變?nèi)荻O管調(diào)頻器的分析 小頻偏調(diào)制，大小頻偏調(diào)制，大多用于無(wú)線電調(diào)頻廣多用于無(wú)線電調(diào)頻廣播、電視臺(tái)的伴音系播、電視臺(tái)的伴音系統(tǒng)和小容量無(wú)線多路統(tǒng)和小容量無(wú)線多路通信設(shè)備。通信設(shè)備。 它們的頻偏范圍約它們的頻偏范圍約在

29、幾十千赫到幾百千在幾十千赫到幾百千赫。赫。 圖圖6-13 6-13 變?nèi)荻O管部分變?nèi)荻O管部分 部分部分接入接入振蕩電路振蕩電路分析思路分析思路 1) 1)在未加調(diào)制信號(hào)時(shí)在未加調(diào)制信號(hào)時(shí)回路總電容回路總電容 2d0210112d02d0(1)1CCCCCCCCCCC)11 (211nnC ,121CCn 22d0CnC式中，式中， n1 和和n2 是電容的接入系數(shù)是電容的接入系數(shù) d00nCAU未加調(diào)制信號(hào)時(shí)未加調(diào)制信號(hào)時(shí)的結(jié)電容的結(jié)電容 （6-326-32） 2) 2) 當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，回路總電容當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，回路總電容 當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，這當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，這時(shí)變?nèi)荻O管時(shí)變?nèi)荻?/p>

30、極管的等效電容的等效電容為為Cd ，回路總電容為，回路總電容為d21d2CCCCCC3) ) 回路總電容變化量回路總電容變化量 00CCCd2d0211d2d02CCCCCCCCCCdd02d2d02CCCCCCC222dd01111CCCCC分析上式，只有分析上式，只有C2 / /Cd 是隨調(diào)制信號(hào)變化的。是隨調(diào)制信號(hào)變化的。 （6-336-33） 經(jīng)變換經(jīng)變換( (展開成冪級(jí)數(shù)，再利用三角關(guān)系展開成冪級(jí)數(shù)，再利用三角關(guān)系, ,由由于是小頻偏情況于是小頻偏情況) )可得總電容變化量為可得總電容變化量為2d002222d0d0d0( ,)(1( ,)(1)CF n mCCCCCCF n mCC

31、C 2d02222222d0( ,)( ,)(1)(1)CF n mCC nCF n mCnC （6-416-41） tAtAtAAmnF3cos2coscos),(3210式中式中4)4)總電容總電容C變化引起頻率的變化變化引起頻率的變化 總電容變化使它偏離未調(diào)制時(shí)總電容總電容變化使它偏離未調(diào)制時(shí)總電容C0 的值為的值為 ，這時(shí)所引起的高頻振蕩角頻率，這時(shí)所引起的高頻振蕩角頻率 偏離值偏離值為為 ，根據(jù)根據(jù)LC振蕩原理，有振蕩原理，有cc01LCc0000011111LCLCCL CCC上式兩邊同除以上式兩邊同除以 得得cc00111CC0C 小頻偏時(shí)，小頻偏時(shí)， ，上式可簡(jiǎn)化為，上式可簡(jiǎn)化

32、為20cc220c2()11(1)(1)CC 00c2CC 0c012CC 或或 （6-316-31）c5) 諧振回路頻偏諧振回路頻偏 與調(diào)制電壓的變化規(guī)律與調(diào)制電壓的變化規(guī)律 將式（將式（6-326-32）和（）和（6-416-41）代入式（）代入式（6-316-31）中，可）中，可得得222021c012( ,)(1)1122(1)1n CF n mCnnCCn ),()1)(1 (21122122mnFnnnCCn),()1)(1 (2112212mnFnnnnn 令令 )1)(1 (2112212nnnnnKc( ,)KF n mc( ,)fKF n mf則則 即即 c0123(cos

33、cos2cos3)fKfAAtAtAt （6-446-44） 6) 結(jié)論結(jié)論 (1) (1) 在瞬時(shí)頻率的變化中，含有與調(diào)制信號(hào)成在瞬時(shí)頻率的變化中，含有與調(diào)制信號(hào)成線線性關(guān)系的成分，其最大偏移為性關(guān)系的成分，其最大偏移為 此外，還有與調(diào)制信號(hào)的二次、三次等諧波成分成線性此外，還有與調(diào)制信號(hào)的二次、三次等諧波成分成線性關(guān)系的成分，其最大偏移為關(guān)系的成分，其最大偏移為 另外還有中心頻率相對(duì)于未調(diào)制時(shí)的載波頻率另外還有中心頻率相對(duì)于未調(diào)制時(shí)的載波頻率產(chǎn)生的偏移為產(chǎn)生的偏移為211cc18(1)(2)8fKA fnmn nnmKf222cc1(1)4fKA fnm Kf333cc1(1)(2)24f

34、KA fn nnm Kf2c0cc1(1)4fKA fn nm Kf ( () )為了使調(diào)制線性良好，應(yīng)盡可能減小為了使調(diào)制線性良好，應(yīng)盡可能減小頻頻 率調(diào)制的非線性失真率調(diào)制的非線性失真( ( 和和 ) ) 以及以及 ( (它它是引起中心頻率不穩(wěn)定的一種因素是引起中心頻率不穩(wěn)定的一種因素) )。也就是希望也就是希望m 值愈小愈好（即減小調(diào)制信值愈小愈好（即減小調(diào)制信號(hào)），但是號(hào)），但是有用頻偏有用頻偏 也同時(shí)減小。為也同時(shí)減小。為了兼顧頻偏了兼顧頻偏 和減小非線性失真要求，和減小非線性失真要求，m 值多取在值多取在0.50.5或或0.50.5以下。以下。2f3fcf1f1f4.4.利用變?nèi)荻?/p>

35、極管調(diào)頻的原理電路舉例利用變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理電路舉例 1) 1)電路電路6-146-14（a a）利用變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理電路）利用變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理電路 2）分析思路）分析思路（1 1）變?nèi)荻O管上需加固定偏壓）變?nèi)荻O管上需加固定偏壓及及u（2 2）變?nèi)荻O管是高頻振蕩電路的一部分）變?nèi)荻O管是高頻振蕩電路的一部分 C2對(duì)音頻和直流容抗大，可看作開路對(duì)音頻和直流容抗大，可看作開路 音頻時(shí)等效電路？音頻時(shí)等效電路？ 高頻時(shí)等效電路？高頻時(shí)等效電路？ V1是音頻放大器，是音頻放大器， V2是高頻振蕩器是高頻振蕩器, L、C1、 C2 、 Cd 組成振蕩槽路，其中組成振蕩槽路，其中C1代表槽

36、路代表槽路電容的固定部分，電容的固定部分， Cd 是變?nèi)荻O管的電容。是變?nèi)荻O管的電容。 C2是變?nèi)荻O管和槽路之間的耦合電容，是變?nèi)荻O管和槽路之間的耦合電容，對(duì)直流和對(duì)直流和音頻而言，音頻而言， C2 是開路，以防止是開路，以防止 Cd 上的直流偏壓和上的直流偏壓和音頻電壓對(duì)振蕩電路的影響，對(duì)高頻而言，音頻電壓對(duì)振蕩電路的影響，對(duì)高頻而言， C2與與Cd串起來(lái)作為槽路的一部分。串起來(lái)作為槽路的一部分。 Rc是音頻放大器的集電極負(fù)載電阻。是音頻放大器的集電極負(fù)載電阻。 3) 元器件作用元器件作用 ZL是高頻扼流圈，是高頻扼流圈，對(duì)直流及音頻而言，對(duì)直流及音頻而言， ZL阻抗可以忽略不計(jì)，阻

37、抗可以忽略不計(jì)，故故Rc上的直流及音頻電壓可上的直流及音頻電壓可以加到變?nèi)荻O管上，其中直流電壓就作為變?nèi)菀约拥阶內(nèi)荻O管上，其中直流電壓就作為變?nèi)荻O管的直流偏壓，音頻電壓用來(lái)改變二極管的直流偏壓，音頻電壓用來(lái)改變Cd 的容量。的容量。對(duì)高頻而言，相當(dāng)于開路，從而防止了高頻對(duì)音對(duì)高頻而言，相當(dāng)于開路，從而防止了高頻對(duì)音頻電路的影響。頻電路的影響。 值得提出的是加于變?nèi)荻O管上的電壓有三值得提出的是加于變?nèi)荻O管上的電壓有三個(gè)，它們的大小應(yīng)是這樣的關(guān)系：為了避免高頻個(gè)，它們的大小應(yīng)是這樣的關(guān)系：為了避免高頻電壓對(duì)二極管電容的作用，高頻電壓應(yīng)比音頻電電壓對(duì)二極管電容的作用，高頻電壓應(yīng)比音頻電壓小

38、得多；為了減小失真，音頻電壓應(yīng)比偏壓小壓小得多；為了減小失真，音頻電壓應(yīng)比偏壓小一半多。一半多。問題問題：電容：電容C1可不可以不加，為什么要加可不可以不加，為什么要加C1？ 因?yàn)楦哳l電路中存在分布電容，加大因?yàn)楦哳l電路中存在分布電容，加大C1提高穩(wěn)定性，但頻偏減小。提高穩(wěn)定性，但頻偏減小。 圖圖6-14 6-14 （a a）變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路）變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路5 5）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路 圖圖6-14 6-14 （b b）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路 圖圖6-14(b)6-14(b)所示電路，是我們?cè)O(shè)計(jì)的其所示電路，是我們?cè)O(shè)計(jì)的其中心頻率為中心頻率為36MHz的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。以三極管以三