高頻電子線路第7章頻率調(diào)制與解調(diào)

1、2022-4-141第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 調(diào)頻信號分析調(diào)頻信號分析 調(diào)頻器與調(diào)頻方法調(diào)頻器與調(diào)頻方法 調(diào)頻電路調(diào)頻電路 鑒頻器與鑒頻方法鑒頻器與鑒頻方法 鑒頻電路鑒頻電路 調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及特殊電路調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及特殊電路2022-4-142一、 調(diào)頻信號分析 角度調(diào)制：角度調(diào)制：包括頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)。角度調(diào)制和解調(diào)過程屬于頻譜的非線性搬移，分析方法和模型也與頻譜的線性搬移電路不同。FM：高頻信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，F(xiàn)M信號的解調(diào)稱為鑒頻或頻率檢波。PM：高頻信號的相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化，PM信號的解調(diào)稱為鑒相或相位檢波。FM與與PM關(guān)系：關(guān)系：由于頻率和相位之間存在微

2、分和積分的的關(guān)系。因此在實際實現(xiàn)的過程中，調(diào)頻可以用調(diào)相的方法實現(xiàn)；同樣調(diào)相也可以用調(diào)頻的方法來實現(xiàn)。 本章的重點是調(diào)頻調(diào)頻和鑒頻鑒頻。2022-4-1431、調(diào)頻信號的時域分析、調(diào)頻信號的時域分析；：載波信號；調(diào)制信號：tUutUuccccoscosttUkttmcfcccoscos)()(瞬時頻率：峰值角頻偏。調(diào)制靈敏度比例常數(shù):);(:Ukkfmf)(sin)()(0ttttdtcmct調(diào)頻信號瞬時相位：)sincos()sincos()(tmtUttUtuFMfcCmcCFM調(diào)頻波：調(diào)頻指數(shù)。:mfmtfcCFMdfktUtutf0)(cos)()(：一般調(diào)制信號2022-4-144調(diào)

3、頻波波形：調(diào)頻波波形：2022-4-145調(diào)頻波的三個基本參數(shù)：調(diào)頻波的三個基本參數(shù)：fm、kf 和mf(1) 峰值頻偏峰值頻偏 fm: 反映頻率受調(diào)制的程度，是衡量調(diào)頻質(zhì)量的重要指標(biāo)。瞬時角頻偏：瞬時角頻偏：(t)=kfUcost，峰值頻偏：峰值頻偏：fm=kfU/2；瞬時頻率的變化范圍：fcfmfc+fm；瞬時頻率的最大變化值：2fm ；(2) 調(diào)頻靈敏度調(diào)頻靈敏度kf：反映調(diào)制信號對瞬時角頻率控制能力。 kf=m/U(3) 調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)mf：單音調(diào)制信號引起的最大瞬時相位偏移量。mf =m/=fm/ F=m = kf U/ m：峰值相偏。 mf可以小于1，也可以大于1。2022-4-

4、146的關(guān)系：的關(guān)系：與與調(diào)頻波調(diào)頻波Fmffm、2022-4-1472. 調(diào)頻信號的頻域分析調(diào)頻信號的頻域分析 通過分析下面復(fù)周期函數(shù)的傅立葉級數(shù)展開，可以了解調(diào)頻波的頻譜特點。Jn(mf)：宗數(shù)為mf的n階一類貝塞爾(Bessel)函數(shù)，可以用無窮級數(shù)進(jìn)行計算：20( 1) ()2()!()!fnnmnfmmJmm nmtnmJUtmtUtucnfnCfcCFM)cos()()sincos()(調(diào)頻波的級數(shù)展開式為調(diào)頻波的級數(shù)展開式為：tnnntmmJ jf sinje )(ef2022-4-148Bessel函數(shù)的特點函數(shù)的特點:(1) m f =0：J0(m f )=1，其它各階Bes

5、sel函數(shù)為0。這意味著當(dāng)沒有調(diào)制信號時，uFM只包含載波分量。(2) 所有Bessel函數(shù)都是正、負(fù)交替變化的非周期函數(shù)，而且在mf的某些值上，函數(shù)為0。 2022-4-149單頻調(diào)制時單頻調(diào)制時FM波的頻譜：波的頻譜：左列為常數(shù)；右列m為常數(shù) 2022-4-1410調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點: (1) 有無窮多個頻率分量：在以fc為中心、以F為間隔對稱分布，各分量的幅值取決于Bessel函數(shù)；(2) 載頻分量不總是最大，有時為0；(3) 功率大部分集中在載頻附近；(4) 頻譜結(jié)構(gòu)與mf的關(guān)系 F一定一定：fm mf頻譜就會展寬； fm一定一定：F mf頻譜寬度基本不變。

6、FM和PM有相似的頻譜結(jié)構(gòu)，都包含有無窮多個邊頻分量，因此都屬于非線性調(diào)制非線性調(diào)制。(5) 窄帶調(diào)頻(NBFM)：雖與AM波的頻譜相同，但有原則區(qū)別, )(, )()(:1321ffffmJmJmJm)cos()()cos()(cos)()(cf1cf1cf0CFMtmJtmJtmJUtu2022-4-1411 調(diào)頻波的信號帶寬：調(diào)頻波的信號帶寬： 雖然從理論上講，調(diào)頻波帶寬為無窮大，但由于FM信號的能量主要集中在fc附近，因此在工程實踐中通常忽略其它振幅很小的邊頻分量。FM信號帶寬信號帶寬(Carson公式公式)：Bs=2(mf+1)F=2(fm+F)(1) mf 1：屬于寬帶調(diào)頻(WBF

7、M)，Bs =2fm。舉例：舉例：調(diào)頻廣播。 fm75kHz，F(xiàn)max=15kHz，Bs=180kHz2Fmax=30kHz。適用頻段：適用頻段：由于FM信號的帶寬較寬，因此FM只用于超短波和頻率更高的波段。FmmB) 1(2FMffs式式：信信號號帶帶寬寬的的精精確確計計算算公公2022-4-14123、調(diào)頻波的功率：、調(diào)頻波的功率：設(shè)負(fù)載阻抗為RL說明：說明：調(diào)頻波的平均功率和未調(diào)載波的平均功率相等。因此調(diào)頻器可以理解為功率分配器，它的功能是將載波功率分配給每個邊頻分量，而分配的原則與調(diào)頻指數(shù)mf有關(guān)。4、調(diào)頻波和調(diào)相波的比較、調(diào)頻波和調(diào)相波的比較 tUucos調(diào)調(diào)制制信信號號：tUucc

8、ccos載波信號：載波信號：調(diào)調(diào)相相信信號號瞬瞬時時相相位位：tUkttttpcccos)()(tmtttpcmccoscos)coscos()(tmtUtupccPM調(diào)調(diào)相相信信號號：調(diào)調(diào)相相制制靈靈敏敏度度峰峰值值相相偏偏和和調(diào)調(diào)指指數(shù)數(shù)：pppmkmUk1)(,2)(2f2L2cf2L2cFMnncnnmJPRUmJRUP2022-4-1413信信號號瞬瞬時時頻頻率率：PMtmtdtdtpcsin)()(tmcsin調(diào)頻和調(diào)相的相互轉(zhuǎn)化：調(diào)頻和調(diào)相的相互轉(zhuǎn)化： 積分積分調(diào)相調(diào)相)(tu)(tuFM微分微分調(diào)頻調(diào)頻)(tu)(tuPMPM的頻譜的頻譜：分析方法與FM相同。FmBPMps)

9、1(2的的帶帶寬寬：特點特點：由于mp和F無關(guān)，所以Bs與F成正比。如果按照最高調(diào)制信號頻率Fmax設(shè)計信道，則調(diào)制信號頻率較低時，系統(tǒng)頻帶利用率利用的不充分。因此在模擬通信中，很少采用調(diào)相方式。2022-4-1414調(diào)頻波與調(diào)相波的比較表調(diào)頻波與調(diào)相波的比較表：2022-4-14155、小結(jié)、小結(jié)(角度調(diào)制的特點角度調(diào)制的特點)(1) 角度調(diào)制是非線性調(diào)制角度調(diào)制是非線性調(diào)制：即便是單音調(diào)制，在角度調(diào)制信號中包含無窮多個邊頻分量；(2) FM的頻譜結(jié)構(gòu)與的頻譜結(jié)構(gòu)與mf密切相關(guān)密切相關(guān)： mf越大，頻帶越寬，同時調(diào)頻的抗干擾能力也越強(qiáng)； 在實際選擇調(diào)頻指數(shù)時要兼顧帶寬和抗干擾能力。寬帶調(diào)頻寬

10、帶調(diào)頻：如調(diào)頻廣播、電視伴音，信號質(zhì)量要求高， mf值選得大； 窄帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻：一般通信，信道帶寬較窄， mf值選得小。(3) 角度調(diào)制的設(shè)備利用率高：角度調(diào)制的設(shè)備利用率高：原因是角度調(diào)制的平均功率和最大功率相等；(4) 調(diào)頻制的抗干擾能力調(diào)頻制的抗干擾能力：是通過限幅器去掉寄生調(diào)幅來實現(xiàn)的。而干擾引起的頻偏可以忽略。2022-4-1416二、調(diào)頻器與調(diào)頻方法1、調(diào)頻器：、調(diào)頻器：實現(xiàn)調(diào)頻的電路或部件稱為調(diào)頻器。調(diào)頻特性：調(diào)頻特性：用瞬時頻偏fu的關(guān)系曲線來表示(1) 調(diào)制特性線性要好； (2) 調(diào)制靈敏度要高，調(diào)制特性曲線在原點處的斜率就是調(diào)制靈敏度；(3) 載波性能要好。 2022-4

11、-14172、調(diào)頻方法、調(diào)頻方法: 直接法和間接法。(1)直接法：直接法：用調(diào)制信號直接去控制高頻振蕩器的頻率。包括：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻、電抗管直接調(diào)頻。變?nèi)荻O管調(diào)頻器變?nèi)荻O管調(diào)頻器：用調(diào)制信號去控制振蕩器的變?nèi)荻O管的結(jié)電容，是最常用最常用的調(diào)頻方法，本章要重點講重點講這種調(diào)頻電路。電抗管調(diào)頻電抗管調(diào)頻：用電子管、晶體管或場效應(yīng)管作為振蕩器的等效可控電抗，在調(diào)制信號控制下實現(xiàn)調(diào)頻，目前這種調(diào)頻方法已很少使用。(2) 間接法：間接法：對調(diào)制信號先積分，再調(diào)相可以實現(xiàn)調(diào)頻。 間接法的關(guān)鍵是如何調(diào)相，調(diào)相方法包括：矢量合成法、可變移相法和可變延時法。2022-4-1418)cossin(sin

12、)coscos(cos)coscos()(tmtUtmtUtmtUtupccpccpccPM：時當(dāng)/12mpttmUtUtucpcccPMsincoscos)()(tukd)(cos)(cos)(tuktUtUtucdccccPM間接調(diào)頻中的調(diào)相方法：間接調(diào)頻中的調(diào)相方法：(1) 矢量合成法：矢量合成法：針對窄帶調(diào)相。(2) 可變移相法：可變移相法：用調(diào)制信號去控制移相網(wǎng)絡(luò)或者諧振回路的電抗元件或電阻元件來實現(xiàn)調(diào)相。 應(yīng)用最廣的是變?nèi)荻O管調(diào)相電路。(3) 可變延時法可變延時法：將載波經(jīng)過一個可控延時網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)調(diào)相。延時時間受調(diào)制信號控制。3. 擴(kuò)大調(diào)頻器線性頻偏的方法擴(kuò)大調(diào)頻器線性頻偏的方

13、法l 直接在較高的頻率上調(diào)頻；l 在較低的載頻上調(diào)頻，通過倍頻和混頻提高線性頻偏。2022-4-1419綜合舉例：綜合舉例：P318習(xí)題7-1。 已知角調(diào)波)(2000cos10102cos(10)(6Vtttu試確定：(1) 最大頻偏；(2) 最大相偏；(3) 信號帶寬；(4) 此信號在單位電阻上的功率；(5) 能否確定這是FM波還是PM波；(6) 計算調(diào)制電壓。)(104Hzfm)(10 radm(1) (2) (3) F=1000Hz，10mmHzFmBs22000) 1(2,解：瞬時相偏 )(2000cos10)(radtt瞬時頻偏 )(2000sin10)(21)(4Hztdttdt

14、f (4) ，)(10 VUc，1R)(5022WRUPc2022-4-1420(5) 不能分辨出FM波和PM波。(6) 假設(shè)調(diào)制靈敏度k =1。 若是FM波，則 )(2000sin10)(2)()(4Vttfttu若是PM波，則 ( )( )10cos2000( )uttt V 2022-4-1421三、調(diào)頻電路 1、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻：、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻：二極管反向偏置時，勢壘電容隨二極管反向偏置時，勢壘電容隨外加反向偏置電壓而變化。外加反向偏置電壓而變化。 變?nèi)荻O管的結(jié)電容：變?nèi)荻O管的結(jié)電容： uuCCj/10C0：零偏置電壓時的結(jié)電容值；u：PN結(jié)的導(dǎo)通電壓；u：反向偏置電壓的絕

15、對值； ：結(jié)電容變化指數(shù)。結(jié)超突變；結(jié)突變；緩變結(jié)12/13/12022-4-14222、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路性能分析、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路性能分析(1) Cj作為回路總電容作為回路總電容tUEuQcos二二極極管管反反偏偏電電壓壓：電電容容調(diào)調(diào)制制度度：)/(uEUmQuECCC/1Q0Qj靜靜態(tài)態(tài)結(jié)結(jié)電電容容：QQQ0Q0j) cos(1 cos111 cos1tmCtuEUuECutUECC時時變變結(jié)結(jié)電電容容：2022-4-1423振蕩頻率：振蕩頻率： 22)cos1 ()cos1 (11)(tmtmLCLCtcQj；21LLL。中中心心頻頻率率或或是是載載波波頻頻率率:QcLC/

16、12022-4-1424理想情況理想情況( =2 )：實現(xiàn)線性調(diào)頻，就是瞬時頻率與調(diào)制信號為線性關(guān)系，調(diào)頻特性為直線。 )()cos1 ()(ttmtcc；/cfcmmmmQcQccmfEuEUmUk調(diào)調(diào)頻頻靈靈敏敏度度：2022-4-1425理想情況理想情況( 2 )：瞬時振蕩頻率中包含調(diào)制信號的高次諧波，因此瞬時角頻率與調(diào)制信號是非線性關(guān)系，所以稱為非線性調(diào)頻。將角頻率按泰勒級數(shù)展開，并忽略三次以上的高次項：忽忽略略高高次次項項,2coscoscos122! 21 cos21)(222ctttmtmtmmcc中中心心角角頻頻率率偏偏移移ccm2) 12(8峰值角頻偏峰值角頻偏cmm2二二次

17、次諧諧波波峰峰值值角角頻頻偏偏cmm22)12(82022-4-1426QcQccmfEuEUmUk222非理想情況非理想情況( 2 )小結(jié)：小結(jié)：(a) 中心頻率漂移：中心頻率漂移：產(chǎn)生原因是由于Cju曲線不是直線，導(dǎo)致電容的平均值不等于CQ，從而引起中心頻率偏移；(b) 峰值角頻偏：峰值角頻偏：它是調(diào)頻電路重要參數(shù)，通常越大越好；(c) 二次諧波失真：二次諧波失真：振蕩頻率二次諧波的存在意味著非線性調(diào)非線性調(diào)頻，頻，即調(diào)頻特性不是直線，發(fā)生彎曲，非線性失真的程度可以用二次諧波失真系數(shù)二次諧波失真系數(shù)來描述(d) 調(diào)頻靈敏度：調(diào)頻靈敏度：mK1241m2mf22022-4-1427變?nèi)荻O管

18、作為回路總電容直接調(diào)頻電路的特點：變?nèi)荻O管作為回路總電容直接調(diào)頻電路的特點：優(yōu)點優(yōu)點：輸出頻偏大，調(diào)制靈敏度高。缺點缺點:(a) 中心頻率穩(wěn)定度下降：因為CQ隨溫度、電源電壓變化；(b) 由于高頻振蕩電壓完全作用于變?nèi)荻O管，所以還會帶來以下后果：l 一是寄生調(diào)頻，就是頻率不按調(diào)制信號變化的調(diào)制；l 二是高頻電壓過大時導(dǎo)致變?nèi)荻O管導(dǎo)通，引起寄生調(diào)幅。 因此這種調(diào)頻電路主要應(yīng)用在寬帶調(diào)頻系統(tǒng)中。2022-4-1428(2) 變?nèi)荻O管部分接入變?nèi)荻O管部分接入QQjjCtmCCCCCCCCCC)cos1 (221221回回路路電電容容：振蕩頻率：振蕩頻率：按級數(shù)展開并忽略高次諧波。tmAtm

19、AmALCtcccc2cos2cos21)(22122；，pACCCCCLQQc2)(1122112222112) 1(4183ppppAQQCCpCCpppppp/)1)(1 (12212211；2022-4-1429部分接入的特點：部分接入的特點：(a) 峰值頻偏fm減小，調(diào)頻靈敏度kf下降；) 1(2),(2pmfpfmffcmcm部部分分接接入入，全全接接入入) 1(2),(2pEpkEkQcfQcf部部分分接接入入，全全接接入入(b) 改善調(diào)制特性線性和中心頻率穩(wěn)定度。但這是以犧牲頻偏為代價的；(c) 減少寄生調(diào)制。說明：說明：對于寬帶調(diào)頻，為了得到線性調(diào)頻信號，取 2。2022-4

20、-14303. 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的改進(jìn)變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的改進(jìn) LC變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的缺陷：中心頻率穩(wěn)定度較差中心頻率穩(wěn)定度較差。穩(wěn)頻措施穩(wěn)頻措施：直接對晶體振蕩器調(diào)頻直接對晶體振蕩器調(diào)頻。工作原理工作原理：這是并聯(lián)型晶振皮爾斯電路并聯(lián)型晶振皮爾斯電路,變?nèi)荻O管相當(dāng)于晶體振蕩器中的微調(diào)電容,它與C1、C2的串聯(lián)等效電容作為石英諧振器的負(fù)載電容CL。211111CCCCjL負(fù)負(fù)載載電電容容：)(2101CCCffLqq振振蕩蕩頻頻率率：變變化化變變化化變變化化1fCCLj缺點：缺點：f1只能在 fq f0之間變化，因此這種調(diào)頻電路的峰值頻偏比較小。2022-4-14314. 間

21、接調(diào)頻電路：間接調(diào)頻電路：關(guān)鍵是調(diào)相，介紹變?nèi)荻O管調(diào)相電路。 并聯(lián)諧振回路：是一個受調(diào)制信號控制的移相回路。6/20，ffQ并并聯(lián)聯(lián)回回路路的的相相移移：tUuptmffcos2/ cos 0，: :瞬瞬時時頻頻偏偏ptmQ/ cos: :瞬瞬時時相相偏偏2022-4-1432三級回路級聯(lián)的移相器三級回路級聯(lián)的移相器：線性相移限制了單個回路的最大相移，不超過30，可以采用擴(kuò)展線性相移。若三級單回路級聯(lián)組成的調(diào)相電路，每級相偏為30，三級可達(dá)90相移，因而增大了頻偏。各級間耦合電容為1pF，故互相影響很小。2022-4-1433綜合舉例綜合舉例(習(xí)題習(xí)題7-6)：調(diào)頻振蕩器回路的電容為變?nèi)荻O

22、管，其壓控特性為Cj=Cj0/(1+2u)1/2，u為變?nèi)荻O管反向電壓的絕對值。反向偏壓EQ=4 V，振蕩中心頻率為10MHz，調(diào)制電壓為u(t)=cost 。(1) 求線性調(diào)制靈敏度和二次諧波失真系數(shù)；(2) 當(dāng)要求Kf22fm；(4) 線性度線性度：鑒頻特性接近線性的程度，線性度好，失真??；(5) 抗噪聲能力抗噪聲能力(輸入信噪比門限輸入信噪比門限)與門限效應(yīng)與門限效應(yīng)：調(diào)頻制的抗噪聲性能是以鑒頻器輸入的高信噪比為條件的，如果鑒頻器輸入信噪比低于某個門限值，輸出信噪比急劇下降，這種現(xiàn)象稱為門限效應(yīng)門限效應(yīng)。2022-4-14372、鑒頻方法：、鑒頻方法：分為兩大類，包括直接鑒頻直接鑒頻和

23、間接鑒頻間接鑒頻。直接鑒頻法：直接鑒頻法：直接從調(diào)頻信號頻率中提取原來的調(diào)制信號。脈沖計數(shù)式鑒頻法就屬于此類，目前用在高級收音機(jī)電路中。2022-4-1438振幅鑒頻器實現(xiàn)方法振幅鑒頻器實現(xiàn)方法:(a) 時域微分法時域微分法：用微分電路來實現(xiàn)頻率-振幅變換器。其缺點是有效鑒頻范圍比較窄。tdfktUtu0fcFM)(cos)(tAMFMdfkttfkUttuu0fcfcFM)(sin)(d)(d頻頻-幅變換器幅變換器包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器)(tuFM)(tuAMFM 間接鑒頻法：間接鑒頻法：對調(diào)頻信號先進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q，然后間接地恢復(fù)出原來的調(diào)制信號。間接鑒頻包括振幅鑒頻振幅鑒頻和相位鑒頻相位鑒頻

24、。這類方法廣泛使用，是本節(jié)的重點內(nèi)容。(1) 振幅鑒頻法：振幅鑒頻法：原理是先將FM信號通過頻率-振幅變換器變成AM-FM信號，然后用包絡(luò)檢波器解調(diào)出調(diào)制信號。)(fctfkUKudo2022-4-1439(b) 斜率鑒頻法斜率鑒頻法(或失諧回路法或失諧回路法)：利用處于失諧狀態(tài)的諧振回路的幅頻特性的線性部分實現(xiàn)頻率-振幅轉(zhuǎn)換。因此這種方法稱為斜率鑒頻。常用的有單失諧回路和雙失諧回路。 2022-4-1440(2) 相位鑒頻器相位鑒頻器: 原理是將FM信號經(jīng)過頻率-相位變換，變?yōu)镕M-PM信號，然后用鑒相器恢復(fù)出調(diào)制信號。這種方法廣泛使用，也是鑒頻電路重點講授的內(nèi)容。21uu，入入為為鑒鑒相相

25、原原理理：設(shè)設(shè)鑒鑒相相器器輸輸)(sin)(2cos2c22c22ttUttUu)()(12ottfu鑒鑒相相器器輸輸出出：)(cos1c11ttUu2022-4-1441相位鑒頻器實現(xiàn)方法：相位鑒頻器實現(xiàn)方法：乘積型相位鑒頻器和疊加型相位鑒頻器。(a) 乘積型相位鑒頻器(正交鑒頻器)線性移相網(wǎng)絡(luò)：由單調(diào)諧回路或雙調(diào)諧回路來實現(xiàn)。鑒相器：用乘法器和低通濾波器實現(xiàn)，兩個輸入信號相互正交。)sincos(fcsstmtUutUfffQarctgtmtUucos,22),sincos(0fcss0s00s0sso/cos1/,/2arctansin2ftUKQUffffUKQUffQUUKuss20

26、22-4-1442(b) 疊加型相位鑒頻器 線性移相網(wǎng)絡(luò)：同上。鑒相器：用加法器和包絡(luò)檢波器實現(xiàn)。tUfffQtmtUucos,/22),sincos(011fcss)sincos(fcsstmtUu)cos()(cttUuuussss0ss0ss22,/2sin/2sin2)(UUffQUUffQUUUUtUss0ss0ss/2/2sin)(ffQUUKffQUUKtUKudddotUUKtUKutUfddocos)(coss2022-4-1443平衡疊加型相位鑒頻器平衡疊加型相位鑒頻器：是疊加型相位鑒頻器的改進(jìn)形式。移相網(wǎng)絡(luò)：移相網(wǎng)絡(luò)：采用耦合回路實現(xiàn)。耦合回路可以是互感耦合，也可以是電容

27、耦合。鑒相器：鑒相器：稱為平衡疊加鑒相器，如下圖所示。平衡疊加型相位鑒頻器：平衡疊加型相位鑒頻器：是在實際應(yīng)用中常用的鑒頻器。是在實際應(yīng)用中常用的鑒頻器。 我們重點講這一部分鑒頻電路。0ss1/2ffQUUKudo0ss2/2ffQUUKudo0s21/4ffQUKuuudooo信信號號信信號號PMFMuuFMurrs,，2022-4-1444五、 鑒頻電路 我們要討論的鑒頻電路都屬于平衡疊加型相位鑒頻器平衡疊加型相位鑒頻器，包括互感耦合互感耦合(電容耦合電容耦合)相位鑒頻器相位鑒頻器、比例鑒頻器比例鑒頻器。1、互感耦合相位鑒頻器、互感耦合相位鑒頻器(Foster-Seeley鑒頻器鑒頻器)隔

28、隔直直電電容容:;/,0212121CLMkrrrCCCLLL通路通路同時為低頻信號提供同時為低頻信號提供高頻扼流圈,高頻扼流圈,:3LU1是經(jīng)C0直通的FM信號； U2是經(jīng)耦合回路移相的FM-PM信號。 2022-4-1445工作原理：工作原理：分頻率/相位、相位/幅度變換，包絡(luò)檢波三過程。(1) 移相網(wǎng)絡(luò)：頻率移相網(wǎng)絡(luò)：頻率/相位變換相位變換1frZLjUI和和忽忽略略初初級級回回路路：，111/1112ULMIMjE次級回路感應(yīng)電動勢：次級回路感應(yīng)電動勢：222112222/111CjLjrULMCjICjU次次級級回回路路電電壓壓：kQAffQeUAUjjAUj,/2,102112其中

29、說明：說明：U2近似看作是等幅的調(diào)頻調(diào)相波。2022-4-144600/2/2ffQffQarctg頻率-相位變換電路的相頻特性：2022-4-1447(2) 加法器：相位加法器：相位/幅度變換幅度變換 由簡化電路可得兩個檢波二極管上的高頻電壓：2,2212211UUUUUUDD兩個二極管上的高頻電壓兩個二極管上的高頻電壓UD1和和UD2形成FM-PM-AM波。下面通過矢量合成說明信號轉(zhuǎn)換過程。 2022-4-1448（3）差動包絡(luò)檢波）差動包絡(luò)檢波 設(shè)兩個包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為Kd。2211,DdoDdoUKuUKu2121DDdoooUUKuuu鑒頻特性與輸出電壓鑒頻特性與輸出電壓2022

30、-4-1449（4）定量分析）定量分析 定量分析鑒頻特性可以得到如下結(jié)果：22222214)1 (2)2(4)2(4),(),(AAAAARIKuecdo為為初初級級回回路路諧諧振振電電阻阻. .：近近似似反反映映鑒鑒頻頻特特性性, ,eRA),(；線線性性度度降降低低增增加加但但大大, ,越越大大兩兩個個峰峰值值間間距距離離越越AAA).1 (；奇奇對對稱稱關(guān)關(guān)于于),().2(A最最大大. .原原點點斜斜率率( (鑒鑒頻頻跨跨導(dǎo)導(dǎo)) )86. 0).3(A2022-4-1450鑒頻器的主要性能指標(biāo)：鑒頻器的主要性能指標(biāo)：耦合相位鑒頻器的鑒頻特性與耦合因子A(A=kQ)密切相關(guān)。為了得到較好

31、的鑒頻特性，耦合回路通常工作在臨界耦合和過耦合狀態(tài)臨界耦合和過耦合狀態(tài)，即A。(a) 峰值鑒頻帶寬峰值鑒頻帶寬: Bm = k f022014)1 (4AAfQAIRKScedD(b) 鑒頻跨導(dǎo)鑒頻跨導(dǎo): 初初級級回回路路諧諧振振電電阻阻. .:eR鑒頻器的性能調(diào)整：鑒頻器的性能調(diào)整：通常通過改變k和Q來調(diào)整鑒頻性能。，、31ASBDm通常取通常取度度為了兼顧鑒頻器的線性為了兼顧鑒頻器的線性2022-4-14512、電容耦合相位鑒頻器、電容耦合相位鑒頻器 耦合電容耦合電容CM：幾十pF幾十pF。CCCCCCCCCkMMMMM其其中中耦耦合合系系數(shù)數(shù),2)4)(:。分分析析方方法法和和結(jié)結(jié)果果：

32、一一樣樣與與互互感感耦耦合合相相位位鑒鑒頻頻器器決決定定。由由特特點點：調(diào)調(diào)整整簡簡單單，MCC、耦耦合合系系數(shù)數(shù)2022-4-14523、比例鑒頻器：、比例鑒頻器：是互感耦合相位鑒頻器的改進(jìn)電路，具有自限幅能力(軟限幅)，因此在調(diào)頻廣播接收機(jī)和電視接收機(jī)中的鑒頻電路主要采用比例鑒頻器。(1) 電路特點：電路特點：與互感耦合相位鑒頻器相比。(a). 兩個二極管順接；(b). 增加了一個電容C(10F的電解電容)：時間常數(shù)遠(yuǎn)大于低頻信號周期，因此可以近似認(rèn)為C上的電壓為恒定值Eo；(c). 接地點和輸出點改變。2022-4-1453LocLLcLLRiiuuRiRRiuRiRRi)()()(12

33、21221211(2) 工作原理工作原理RRRRRRuuuLLcco21122RRUUKuuuLDDDcco)(21)(2112122022-4-1454鑒頻特性：鑒頻特性：與電感耦合相位鑒頻器的鑒頻特性相比，比例鑒頻器的鑒頻特性(a) 極性相反；(b) 鑒頻靈敏度減半。鑒頻器輸出的另一種形式：鑒頻器輸出的另一種形式：212112121212/1/1212121)(21ccccoccccooccoccouuuuEuuuuEEuuEuuu比例鑒頻器的含義：比例鑒頻器的含義：鑒頻輸出電壓只與兩個檢波電容電壓的比值uc1/uc2有關(guān)。比例鑒頻器的條件：比例鑒頻器的條件：(a) C足夠大，保證Eo為恒

34、定值；(b) RLR1，R2，保證得到上面的鑒頻特性。2022-4-1455(3) 比例鑒頻器的限幅原理比例鑒頻器的限幅原理自限幅的原因：自限幅的原因：由于大電解電容大電解電容C。利用大電容的儲能作用，保持Eo基本不變，來抑制輸入信號的變化。自限幅條件：自限幅條件：(a) 諧振回路的空載品質(zhì)因數(shù)要高；(b) (R1+R2)C要大于寄生調(diào)幅干擾的幾個周期。兩種特殊現(xiàn)象：兩種特殊現(xiàn)象：(a) 過抑制：過抑制：輸入幅度增大，輸出反而下降，引起解調(diào)失真；(b) 阻塞：阻塞：當(dāng)輸入信號瞬時幅度下降時，因Eo的作用使檢波二極管截止，導(dǎo)致接收機(jī)收不到信號。解決辦法：解決辦法：在檢波二極管后面串接一個電阻，使

35、部分反偏電壓隨輸入信號變化。2022-4-14563. 乘積型相位鑒頻器乘積型相位鑒頻器(正交鑒頻器正交鑒頻器)：由移相網(wǎng)絡(luò)、乘法器和低通濾波器三部分組成。調(diào)頻信號一路直接加至乘法器，另一路經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò)移相后(參考信號)加至乘法器，二者同頻正交，因此，又叫正交鑒頻器。l 乘法器由差分對電路實現(xiàn)，便于集成；l 移相網(wǎng)絡(luò)由LCR并聯(lián)諧振回路實現(xiàn)。)(1,/,/21)()()j (10001212CCLLRQffQjLCjQjUjUHc00/22/2arctan2ffQffQtKUffUQffQUutUfcos/2/2sincos00o02211/2sinsin,sincosffQtmtUutmtUu

36、fcfc2022-4-14574. 其它鑒頻電路：其它鑒頻電路：介紹兩種實用的斜率型振幅鑒頻器。(1). 差分峰值斜率鑒頻器：差分峰值斜率鑒頻器：集成電路中常用的振幅鑒頻器。 V1、V2為射極跟隨器；V3、V4為包絡(luò)檢波器；V5、V6組成差分對放大器；L1C1C2為頻率/幅度變換網(wǎng)絡(luò)。212413,UUKuUKuUKudodcdc2022-4-1458(2). 晶體斜率鑒頻器：晶體斜率鑒頻器：電容C與晶體串聯(lián)形成頻率-幅度變換網(wǎng)絡(luò)；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，VD1與VD2性能相同，R1=R2，C1=C2。l 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整容易，鑒頻

37、靈敏度高，在窄帶調(diào)頻接收機(jī)中得到日益廣泛的應(yīng)用；l 缺點是線性鑒頻范圍窄：原因是線性鑒頻范圍限制在晶體的fq和f0之間。qcdoqdoCdoUUKuUKuUKu,212022-4-1459綜合舉例綜合舉例：已知某鑒頻器原理框圖和移相網(wǎng)絡(luò)特性如圖所示。V103sin10cos311tUuc輸輸入入信信號號為為 如果包絡(luò)檢波器為二極管包絡(luò)檢波器，忽略二極管壓降。 (1). 求輸出電壓表達(dá)式； (2). 說明鑒頻特性以及包絡(luò)檢波器中RC電路的選擇原則。2022-4-1460311103sin10cos).1 (tUuc解：)103cos(652)103cos(10310362)(2103sin10c

38、os01. 0334311312tttStUuDc移相器書輸出移相器書輸出)103cos(65103sin10sin01. 03312ttUuc包絡(luò)檢波器輸入包絡(luò)檢波器輸入)(103sin10cos)(333213tttUuuuc)103cos(65sin01. 01)(313tUtU)103cos(65sin01. 0131tUKudo2022-4-1461uUKtUKuddosin01. 01)103cos(65sin01. 01(2).131重重寫寫輸輸出出電電壓壓：01. 010333amAMu，信信號號：看看做做將將224103 . 31,1103 . 31aacmmRCRCRC，4

39、103 . 31RCc 由上式可以看出，該鑒頻電路的鑒頻特性為正弦型，而且包含有直流分量，采用平衡電路可以消除直流分量。2022-4-1462六、調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及特殊電路 1、調(diào)頻收發(fā)信機(jī)、調(diào)頻收發(fā)信機(jī)由于調(diào)頻信號的帶寬較寬，因此調(diào)頻收發(fā)信機(jī)必須工作在VHF頻段以上。下圖是fc=88108MHz調(diào)頻發(fā)射機(jī)示意圖。2022-4-1463fc=88108MHz調(diào)頻接收機(jī)方框圖調(diào)頻接收機(jī)方框圖：2022-4-1464(1) 限幅電路限幅電路: 一般鑒頻器沒有自限幅(軟限幅)的能力，需要在中放級采用硬限幅電路。硬限幅器特點硬限幅器特點：要求輸入信號電壓較大，大約1-3V，即中放增益要大，在調(diào)頻收音機(jī)和電視機(jī)中通常采用比例鑒頻器。硬限幅的分類硬限幅的分類：瞬時限幅器和振幅限幅器。(a) 瞬時限幅器：將輸入的調(diào)頻波變?yōu)榈确恼{(diào)頻方