高頻電子線路第二版第7章角度調(diào)制及解調(diào)電路

1、高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第7章角度調(diào)制與解調(diào)電路教學(xué)基本要求 1.掌握調(diào)角信號的定義、表示式、波形、頻譜等 基本特征。 2.掌握典型的角度調(diào)制與解調(diào)電路的結(jié)構(gòu)、工作 原理、分析方法和性能特點(diǎn)。 3.了解數(shù)字角度調(diào)制的典型調(diào)制與解調(diào)方式及其 實(shí)現(xiàn)方法。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 本章教學(xué)內(nèi)容 7.1 概述 7.2 頻率調(diào)制電路 7.3 相位調(diào)制電路 7.4 集成調(diào)頻發(fā)射機(jī) 7.5 調(diào)相信號解調(diào)電路(鑒相器) 7.6 調(diào)頻信號解調(diào)電路(鑒頻器) 7.7 數(shù)字角度調(diào)制與解調(diào)高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈

2、爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)7.1概述 7.1.1 角度調(diào)制的定義、特點(diǎn)與用途 1.角度調(diào)制的定義 載波振蕩的振幅不變，而其總瞬時相角隨調(diào)制信號u(t)按一定關(guān)系變化。 角度調(diào)制分為相位調(diào)制和頻率調(diào)制。 (1)相位調(diào)制的定義 載波振蕩的振幅不變，而其瞬時相位隨調(diào)制信號u(t)線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)相波，常用PM表示。 (2)頻率調(diào)制的定義 載波振蕩的振幅不變，而其瞬時頻率隨調(diào)制信號u(t)線性關(guān)系變化。這樣的已調(diào)波稱為調(diào)頻波，常用FM表示。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.角度調(diào)制的特點(diǎn) 具有抗干擾能力強(qiáng)和較高的載波功率利用系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)； 但占有更

3、寬的傳送頻帶。 3.角度調(diào)制的用途 頻率調(diào)制主要應(yīng)用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙測 遙控等； 相位調(diào)制主要用于數(shù)字通信系統(tǒng)中的移相鍵控。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.1.2 調(diào)角波的數(shù)學(xué)表示式、瞬時頻率和瞬時相位 高頻振蕩信號的一般表示式為 式中,Um為高頻振蕩的振幅,(t)為高頻振蕩的總瞬時相角。 在未調(diào)制狀態(tài), 即調(diào)制信號u(t)=0。高頻振蕩信號是載波信號, 稱為載波狀態(tài)。 設(shè)高頻載波信號的角頻率為c,初始相位為0, 其數(shù)學(xué)表示式為 1.調(diào)相波 根據(jù)定義，高頻振蕩的振幅Um不變，而瞬時相位隨調(diào)制信號u(t)線性關(guān)系變化。即 式中，KP為比例常

4、數(shù)，單位是弧度伏(radV)。 )(cos)(mtUtutUtuccmccos)(cmmUU)()(PctuKtt高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 調(diào)相波的一般數(shù)學(xué)表示式為 調(diào)相波的瞬時角頻率為 2.調(diào)頻波 根據(jù)定義，高頻振蕩的振幅Um不變，而瞬時角頻率與隨調(diào)制信號u(t)線性關(guān)系變化。即 式中，Kf為比例常數(shù)，單位是弧度秒伏(radsV)。 調(diào)頻波的瞬時相位為 則調(diào)頻波的一般數(shù)學(xué)表示式為)(cos)(PccmtuKtUtuttuKtttd)(dd)(d)(pccmmUU)()(fctuKtttttuKtttt00fcd)(d)()(tttuKtUtu0fc

5、cmd)(cos)(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.1.3 調(diào)角波的調(diào)制指數(shù)和最大頻移 調(diào)相波與調(diào)頻波的比較調(diào)相波調(diào)頻波數(shù)學(xué)表示式瞬時相位瞬時角頻率最大相移最大頻移)(PctuKttttuKt0fcd)(ttuKd)(dpc)(fctuKmaxP)(tuKmax0fd)(tttuKmaxPd)(dttuKmaxf)(tuK)(cosPccmtuKtUtttuKtU0fccmd)(cos高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 1.調(diào)制指數(shù) 調(diào)角波調(diào)制指數(shù)的定義： 調(diào)角波的最大相移稱為調(diào)制指數(shù)。 (1)調(diào)相波的調(diào)相指數(shù) ， (

6、2)調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù) 。 例如,調(diào)制信號為u(t)=Umcost, 載波信號為uc(t)=Ucmcosct， 則調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式為 式中，mP為調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)，其值為max0ffd)(tttuKmtmtUtUKtUtucoscoscoscos)(PccmmPccmmppUKm maxpp)(tuKm高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 而調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式為 式中，mf為調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，其值為tttUKtUtu0mfccmdcoscos)()sincos(sincosfccmmfccmtmtUtUKtUUKmmff高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈

7、爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2. 最大頻移 調(diào)相波的最大頻移 為 調(diào)頻波的最大頻移 為 3.結(jié)論 調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)mP與調(diào)制信號頻率無關(guān)，最大頻移 與調(diào)制信號頻率成正比。 調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)mf與調(diào)制信號頻率成反比，最大頻移 與調(diào)制信號頻率無關(guān)。 調(diào)相波和調(diào)頻波的最大頻移 均等于調(diào)制指數(shù)m與調(diào)制信號頻率的乘積。 pmfmpmfmmmm)(mmFfmpmaxPpmd)(dUKttuKmfmaxffm)(UKtuK高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 三個頻率參數(shù)的說明 單頻調(diào)制時，調(diào)頻波和調(diào)相波均包含有截然不同的三個頻率參數(shù)。 (1)載波角頻率c，它表示調(diào)制信號為零

8、時的信號角頻率，即調(diào)角波的中心角頻率； (2)最大角頻移m，它表示調(diào)制信號變化時，瞬時角頻率偏離中心角頻率的最大值； (3)調(diào)制信號角頻率，它表示調(diào)角波的瞬時角頻率從最大值c+m到最小值c-m之間往返變化的角頻率。 因?yàn)轭l率的變化總是伴隨著相位的變化，因此也表示瞬時相位在其最大值和最小值之間變化的角頻率。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.1.4 調(diào)角波的波形 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 例7.1.1 調(diào)制信號為三角波時，畫出相對應(yīng)的調(diào)相波和調(diào)頻波的波形,并比較調(diào)相波和調(diào)頻波的波形差別。 解：)()(ftuKt)(

9、)(fctuKtttuKtd)(d)(PttuKtd)(d)(pc高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.1.5 調(diào)角波的頻譜和頻譜寬度 單頻調(diào)制時，調(diào)頻波和調(diào)相波的表達(dá)式是相似的，因此，它們具有相同的頻譜。下面僅討論調(diào)頻波的頻譜。 設(shè)調(diào)制信號 ，載波信號uc(t)=Ucmcosct， 則調(diào)頻波的表示式為 進(jìn)行三角變換 式中， 和 均可直接展開成傅里葉級數(shù) 其中n均取正整數(shù)。 是 以為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)。 tUtucos)(mtmtUtusincos)(fccm)sinsin(sin)sincos(cos)(fccmfccmtmtUtmtUtutnmm

10、tmnn1f2f0f2cos)(J2)(J)sincos(0f12f) 12sin()(J2)sinsin(nntnmtm)sincos(ftm)sinsin(ftm)(Jfmnfm高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 圖7.1.3第一類貝塞爾函數(shù)曲線 其數(shù)值可查表7.1.2或查圖7.1.3所示曲線。 利用三角變換式)(Jfmn)cos()cos(21coscos)cos()cos(21sinsin高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 由調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式 從上式可以看出，由單音頻調(diào)制的調(diào)頻波，其頻譜特點(diǎn) 調(diào)頻波的頻譜不是調(diào)制信號

11、的頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。 奇數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相反；偶數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相同。 從上式可以看出，由單音頻調(diào)制的調(diào)頻波，其頻譜具有以下特點(diǎn) 調(diào)頻波的頻譜不是調(diào)制信號的頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頻分量所組成。 奇數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相反；偶數(shù)項(xiàng)的上、下邊頻分量振幅相等，極性相同。tmUtucf0cmcos)(J)(tmUtmU)cos()(J)cos()(Jcf1cmcf1cmtmUtmU)2cos()(J)2cos()(Jcf2cmcf2cmtmUtmU)3cos()(J)3cos()(Jcf3cmcf3

12、cmtmUtmU)4cos()(J)4cos()(Jcf4cmcf4cm+ 載頻 第一對邊頻 第二對邊頻 第三對邊頻 第四對邊頻 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 載波分量和各邊頻分量的振幅均與mf有關(guān)。mf越大，有效邊頻分量越多。這與調(diào)幅波是不同的，單頻調(diào)制下，調(diào)幅波的邊頻數(shù)目與調(diào)制指數(shù)ma無關(guān)。 對于某些mf值，載波或某邊頻振幅為零。 貝塞爾函數(shù)值可用下列無窮級數(shù)近似計(jì)算 調(diào)角波的頻譜包含有無限多對邊頻分量，理論上它的頻譜寬度是無限大。 在實(shí)際應(yīng)用中，在工程應(yīng)用上,應(yīng)該怎樣思考和近似估算? 作為信息傳輸,傳輸一路信號的頻譜寬度是無限大,顯然是不適用的。希

13、望其頻譜寬度為有限值。)!3( ! 3)2/()!2( ! 2)2/()!1( ! 1)2/(!12)(J6f4f2fffnmnmnmnmmnn高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 為什么可近似認(rèn)為調(diào)角波的頻譜寬度是有限的? 因?yàn)楫?dāng)m(mf或mP)一定時，隨著邊頻對數(shù)n的增加，Jn(m)的數(shù)值雖有起伏，但總的趨勢是減小的。特別當(dāng)nm時，Jn(m)的數(shù)值很小。并且，其值隨著n的增加而迅速下降。因此，在忽略振幅很小的邊頻分量時，可認(rèn)為調(diào)角波占有的有效頻譜寬度是有限的。 工程上的近似，通常規(guī)定，凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅10%(或1%，根據(jù)不同要求而定)的邊頻分量均可

14、忽略不計(jì)，保留下來的頻譜分量就確定了調(diào)角波的頻譜寬度。 (1)在高質(zhì)量通信系統(tǒng)中，常以忽略小于1%未調(diào)制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。其確定方法是可查表7.1.2。若滿足關(guān)系式 |Jn(m)|0.01，|Jn+1(m)|0.01 則頻譜寬度為 B0.01=2nF (F為調(diào)制信號頻率) 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)在中等質(zhì)量通信系統(tǒng)中，以忽略小于10%未調(diào)制載波振幅的邊頻分量來決定頻譜寬度。當(dāng)nm+1時，Jn(m)恒小于0.1。因此頻譜寬度為 BCR=2(m+1)F(計(jì)算通式)

15、 在一些特定條件下，計(jì)算式還可以簡化， 當(dāng)調(diào)制指數(shù)m1時，BCR2mF； 當(dāng)調(diào)制指數(shù)m1時，BCR2F。 應(yīng)該注意的是：調(diào)頻波計(jì)算用調(diào)頻指數(shù)mf； 調(diào)相波計(jì)算用調(diào)相指數(shù)mP。 對于調(diào)頻波 對于調(diào)相波 FfUKmmmmffmppUKm 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 例7.1.2調(diào)角波 ,試計(jì)算說明：(1)調(diào)角波的載波頻率 ；(2)調(diào)角波的調(diào)制信號頻率F；(3)最大相移m；(4)最大頻偏 ；(5)信號頻譜寬BCR；(6)能否確定是調(diào)頻波還是調(diào)相波? 解：(1)載波頻率 ； (2)調(diào)制信號頻率 ； (3)最大相移10rad； (4)最大頻偏 ； (5)信號頻譜

16、寬度 ； (6)由于不知道調(diào)制信號的類型，不能確定是調(diào)頻波還是調(diào)相波。如果調(diào)制信號為正弦波，則為調(diào)頻波。如果調(diào)制信號為余弦波，則為調(diào)相波。V)2000cos10102cos(10)(8tttucfmf100MHzHz108cf1kHzHz1000F10kHzkHz110mmFfkHz22kHz1) 110(2) 1(2CRFmB高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 例7.1.3已知某調(diào)頻電路單位調(diào)制電壓產(chǎn)生頻偏為1 kHz，調(diào)頻電路的輸出載波電壓 ，調(diào)制信號電壓 。試求：(1)調(diào)頻指數(shù) (2)最大頻偏 ； (3)有效頻帶寬度 ；(4)調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式 。 解：

17、(1)調(diào)頻指數(shù) 式中， 的單位是rad/(sV)，而 的單位是Hz/V。它們都是單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的頻率偏移，只不過 是單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的角頻率偏移。在分析計(jì)算時應(yīng)該特別注意是用 還是用 ，它們的單位是不同的。由題意知 ,則V102cos3)(8cttuV1000cos2)(ttufmmfCRB( )u tFUKFfUKmmfmmmfffKfKfKfKfKkHz/V1fK450021013mffFUKm高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)最大頻偏 (3)有效頻帶寬度 (4)調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式 注意：以上例題只是單頻調(diào)制信號的有關(guān)計(jì)算。 在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)制信

18、號不是單頻而是多頻的復(fù)雜信號。實(shí)踐表明，大多數(shù)多頻調(diào)頻信號占有的有效頻譜寬度仍可用單頻調(diào)制時的公式計(jì)算,但調(diào)制信號頻率F用調(diào)制信號中的最高頻率Fmax代替,fm用最大頻偏(fm)max代替。例如, 在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中, 按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(fm)max=75kHz, 調(diào)制信號F為50Hz15kHz, 計(jì)算可得kHz221013mfmUKfkHz55 . 0) 14(2) 1(2fCRFmBV)1000sin4102cos(3)(8tttukHz180kHz1511575212maxmaxmaxCRFFfB高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 例7.1.4已知某調(diào)頻電路

19、的調(diào)制靈敏度 ，調(diào)制信號電壓 ，輸出載波信號電壓 。試寫出輸出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式最大頻率偏移和BCR。 解(1)因?yàn)?，對 的調(diào)制信號 對 的調(diào)制信號 則調(diào)頻波數(shù)學(xué)表示式為 kHz/V3fKV102cos3)(8cttuV106cos3102cos2)(33tttukHz/V3fKV102cos23t61012103331m1ff1FUKmV106cos33t31033103332m2ff2FUKmV)106sin3102sin6102cos(3)(338ttttu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)最大頻率偏移 因?yàn)?t=0時, 則 (3)BCR 例7

20、.2.5已知某調(diào)頻電路要求最大頻偏 ，調(diào)制信號 ，電路輸出載波信號電壓 ，試寫出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式及BCR。 解：因?yàn)?5kHzkHz53)(maxfmtuKf36kHzkHz31315212maxmaxmCRFFfBkHz75mfV)5002cos(2102cos3)(3tttuV102cos5)(8cttuV106cos3102cos2)(33tttumaxfm)(tuKfV)5002cos(2102cos3)(3tttuV5)(maxtu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 所以 對于 V的調(diào)制信號 對于 V的調(diào)制信號V5)(maxtukHz/V15V5k

21、Hz75)(maxmftufKt3102cos345101310153311mff1FUKm)5002cos(2t60105 . 021015332m2f2fFUKmV)5002sin60102sin45102cos(5)(38ttttu152kHzkHz11175212maxmaxmCRFFfB高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.1.6 角度調(diào)制電路的功能 1.相位調(diào)制電路的功能 將輸入的調(diào)制信號和載波信號通過電路變換成高頻調(diào)相波。 若輸入調(diào)制信號為 時，且輸出高頻載波信號為 ，其輸出調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 調(diào)相波的頻譜寬度決定于 的大小。 調(diào)相電路的功能

22、可以用輸入信號與輸出信號的頻譜表示 圖7.1.4 調(diào)相電路功能的頻譜表示 tUtucos)(mtUtuccmccos)()coscos()(PccmtmtUtuPm高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.頻率調(diào)制電路的功能 將輸入的調(diào)制信號和載波信號通過電路變換成高頻調(diào)頻波。 若輸入調(diào)制信號為 ,且輸出高頻載波信號為 ，其輸出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式為 調(diào)頻波的頻譜寬度決定于 的大小。 調(diào)頻電路的功能也可以用輸入與輸出頻譜表示 圖7.1.5 調(diào)頻電路功能的頻譜表示tUtucos)(mtUtuccmccos)()sincos()(fccmtmtUtufm高頻電子線路高

23、頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.1.7 調(diào)角信號的解調(diào)電路的功能 1.調(diào)相波解調(diào)電路的功能 從調(diào)相波中取出原調(diào)制信號，也稱為鑒相器。 當(dāng)輸入調(diào)相波 時，其輸出電壓 。因?yàn)?，輸入調(diào)相波的頻譜為 、 、 、 ，經(jīng)鑒相器解調(diào)輸出頻譜為 。)cos2cos()(ccm1ttUtutUtucos)(mo2Pmcc2c3c高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.調(diào)頻波解調(diào)電路的功能 從調(diào)頻波中取出原調(diào)制信號，也稱鑒頻器。 當(dāng)輸入調(diào)頻波 時， 解調(diào)輸出電壓 。 因?yàn)?，輸入調(diào)頻波的頻譜為 、 、 、 ，經(jīng)鑒頻器解調(diào)輸出頻譜為 。)sin2cos

24、()(ccm1ttUtutUtucos)(mo2fmcc2c3c高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.2 頻率調(diào)制電路 7.2.1 調(diào)頻電路的分類與要求 1.調(diào)頻電路的分類 因?yàn)轭l率調(diào)制不是頻譜線性搬移過程，調(diào)頻電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構(gòu)成。 直接調(diào)頻電路 調(diào)頻電路的分類 間接調(diào)頻電路 (1)直接調(diào)頻 利用調(diào)制信號直接控制載波振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號變化規(guī)律。 用調(diào)制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的可變電抗元件的電抗值，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 圖7.2.1 可變

25、電抗調(diào)頻示意圖 可變電抗元件可以采用變?nèi)荻O管或電抗管電路。目前，最常用的是變?nèi)荻O管。 若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制電壓去控制決定振蕩頻率的積分電容的充放電電流，從而控制振蕩頻率。 直接調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)是易于得到比較大的頻偏，但其中心頻率穩(wěn)定度不易做得很高。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)間接調(diào)頻 先將調(diào)制信號積分, 然后通過調(diào)相的方法間接實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 圖7.2.2間接調(diào)頻原理方框圖 若將調(diào)制信號先通過積分器得 ，然后再通過調(diào)相器進(jìn)行調(diào)相，即可得到調(diào)制信號為 的調(diào)相波，即 實(shí)際上u(t)是調(diào)制信號為u(t)的調(diào)頻波。 tttu0d)(ttt

26、u0d)(tttuKtUtu0pccmd)(cos)(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.調(diào)頻電路的要求 對于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，一般有以下幾方面的要求： 具有線性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時頻率與調(diào)制信號成線性關(guān)系變化。 具有較高的調(diào)制靈敏度。即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的振蕩頻率偏移要大。 最大頻率偏移fm與調(diào)制信號頻率無關(guān)。 未調(diào)制的載波頻率(即已調(diào)波的中心頻率)應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。 無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.2.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 1.變?nèi)荻O管的特性 變?nèi)荻O管的反向

27、電壓與其結(jié)電容 呈非線性關(guān)系。其結(jié)電容Cj與反向偏 置電壓ur之間有如下關(guān)系： 式中， 為PN結(jié)的勢壘電壓， 為 時的結(jié)電容； 為電容變化系數(shù)。 將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會明顯地隨調(diào)制電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的。Drj0j1UuCCDUj0C0ru高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2. 基本原理 變?nèi)荻O管是振蕩回路 的一個組成部分，加在變?nèi)?二極管上的反向電壓為 式中，VQ=VCC-VB是加在變?nèi)?二極管上的直流偏置電壓； u(t)為調(diào)制信號電壓。 設(shè) 圖7.2.3變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 則反向電壓

28、為 只要適當(dāng)選取變?nèi)荻O管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化與調(diào)制信號近似成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 變?nèi)荻O管偏置電路 正弦波振蕩電路 高頻扼流圈)()(QBCCrtuVtuVVutUtucos)(mtUVtucos)(mQr高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.電路分析 加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為 當(dāng)調(diào)制信號電壓u(t)=0時， 即為載波狀態(tài)。此時ur(t)=VQ ， 對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為CjQtUVtucos)(mQrDrj0j1UuCCDQj0jQ1UVCC高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大

29、學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 當(dāng)調(diào)制信號電壓u(t)=Umcost時，對應(yīng)的變?nèi)荻O管的結(jié)電容與載波狀態(tài)時變?nèi)荻O管的結(jié)電容的關(guān)系是 令m=Um(UD+VQ)為電容調(diào)制度，則可得 上式表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的關(guān)系。 QDmDQDj0DmQj0jcos1cos1VUtUUVUCUtUVCCt)cos(1jQjmCCQDmjQjcos1VUtUCC高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (1)變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容 設(shè)C1未接入，Cc較大，即回路的 總電容僅是變?nèi)荻O管的結(jié)電容。 并認(rèn)為加在變?nèi)荻O管上的高頻電壓 很小，可忽略其對變?nèi)荻O管電容量 變化的影響

30、，則瞬時振蕩角頻率為 因?yàn)槲醇诱{(diào)制信號時的載波頻率 ，所以j11)(CLt jQ1c1CL2cjQ1)cos1 ()cos1 (11)(tmtmCLt高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 根據(jù)線性調(diào)頻的要求，當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容時，實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)=2。 即 結(jié)論：當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容時，實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)=2。 若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)2,會產(chǎn)生什么不良后果呢?)cos1 ()(ctmt)(coscosfcmQDcccctuKtUVUtm)cos1 ()cos1 ()(c2ct

31、mtmt高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)不等于2， 設(shè)u(t)=Umcost,則 對于 ，可以在mcost=0處展開成為泰勒級數(shù)，得 通常m1，上列級數(shù)是收斂的。因此，可以忽略三次方項(xiàng)以上的各項(xiàng)，則2c)cos1 ()(tmt2)cos1 (tmtmtmtm222cos! 2122cos21)cos1 (3)cos(! 322122tm高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 從上式可知，輸出調(diào)頻波會產(chǎn)生非線性失真和中心頻率偏移。其結(jié)果如下： 調(diào)頻波的最大角頻率偏移tmtmt22ccos! 2122co

32、s21)(tmtmtm22222ccos4cos8cos21tmtmm2cos128cos2128122cc2m高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 調(diào)頻波會產(chǎn)生二次諧波失真，其二次諧波失真的最大角頻率偏移 調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為 調(diào)頻波會產(chǎn)生中心頻率偏移，其偏離值為 中心角頻率的相對偏離值為 若要調(diào)頻的頻偏大就需增大m，這樣中心頻率偏移量和非線性失真量也會增大。c22128m1242f2mKc2c128m2cc128m高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 需注意的是： 在某些應(yīng)用中，要求的相對頻偏較小，而所需要的m也就較小，

33、因此，這時即使不等于2，二次諧波失真和中心頻率偏移也不大。 例如在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中，中心頻率fc=88108MHz，要求的最大頻偏fm=75kHz，若所用變?nèi)荻O管的=1，由 可得m=1.610-31.410-3，這時對應(yīng)的 和 都很小。由此可見，在相對頻偏較小的情況下，對變?nèi)荻O管值的要求并不嚴(yán)格。 c2mf2Kcc/ ff高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路 變?nèi)荻O管在溫度變化或反向偏壓VQ不穩(wěn)時會引起結(jié)電容的變化，引起中心頻率較大變化。為了減小中心頻率不穩(wěn)，提高中心頻率穩(wěn)定度，通常采用部分接入的辦法來改善性能。 變?nèi)荻O

34、管部分接入振蕩回路的等效電路如圖所示。 振蕩回路總電容C 加調(diào)制信號u(t)=Umcost后， jcjc1CCCCCCjQcjQc1jQcjQc1)cos1 ( )cos1 ()cos1 (CtmCCCCtmCCtmCCCC高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為 調(diào)頻特性取決于回路的總電容 ，而 可以看成一個等效的變?nèi)荻O管， 隨調(diào)制電壓 的變化規(guī)律不僅決定于變?nèi)荻O管的結(jié)電容 隨調(diào)制電壓 的變化規(guī)律，而且還與 和 的大小有關(guān)。 因?yàn)樽內(nèi)荻O管部分接入振蕩回路，其中心頻率穩(wěn)定度比全部接入振蕩回路要高，但其最大頻偏要減小。jQcjQc111)c

35、os1 (C11)(CtmCCCLCLtCC)(tuCjC)(tu1CcC高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.實(shí)際電路舉例 (1)變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 高頻扼流圈 電容三點(diǎn)式振蕩電路2/2/j5j53232CCCCCCCCCP4P3P2P1,LLLL高頻扼流圈 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 電路說明： 是某通信機(jī)中的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。它是一個電容三點(diǎn)式振蕩器，兩個串聯(lián)的變?nèi)荻O管經(jīng)電容C5接入諧振回路，調(diào)整電感L的電感量和變?nèi)荻O管的偏置電壓VB可使振蕩器的中心頻率在50MHz到100MHz范圍內(nèi)變化。 調(diào)制電壓u(

36、t)通過高頻扼流圈LP2加 到變?nèi)荻O管的負(fù)極上實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。由于是 低頻信號，高頻扼流圈LP1和LP2相當(dāng)于短 路,加在兩個變?nèi)荻O管上的調(diào)制電壓是 相同的。采用兩個變?nèi)荻O管背靠背串接 的方式，由兩個變?nèi)荻O管代替一個變?nèi)?二極管。對高頻振蕩電壓來說，每一個變 容二極管只有原來高頻振蕩電壓的一半， 這樣就能減小高頻振蕩電壓對變?nèi)荻O管 總電容的影響。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2) MC1648集成壓控振蕩器直接調(diào)頻 圖7.2.7 MC1648集成振蕩器直接調(diào)頻電路 圖7.2.7是由MC1648集成壓控振蕩器外接變?nèi)荻O管與電感組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)

37、成的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。其中兩個變?nèi)荻O管的接法也是采用背靠背串聯(lián)連接的形式, 特點(diǎn)與前面討論的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路是相同的。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺點(diǎn) 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，工作頻率高，易于獲得較大的頻偏，而且在頻偏較小的情況下，非線性失真可以很小。因?yàn)樽內(nèi)荻O管是電壓控制器件，所需調(diào)制信號的功率很小。 這種電路的缺點(diǎn)是偏置電壓漂移和溫度變化等會改變變?nèi)荻O管的結(jié)電容，即調(diào)頻振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度不高，而在頻偏較大時，非線性失真較大。 采用簡單的直接調(diào)頻振蕩器難于實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度的要求。目前，穩(wěn)定中

38、心頻率的辦法有：對石英晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻；采用自動頻率微調(diào)電路；利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.2.3 晶體振蕩器直接調(diào)頻 在某些對中心頻率穩(wěn)定度要求很高的場合，可以采用直接對石英晶體振蕩器進(jìn)行調(diào)頻。例如，在88MHz108MHz波段的調(diào)頻電臺，為了減小鄰近電臺的相互干擾，通常規(guī)定各電臺調(diào)頻信號中心頻率的絕對穩(wěn)定度不劣于2kHz，也就是在整個波段，其相對頻率穩(wěn)定度不劣于10-5數(shù)量級。 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路通常是將變?nèi)荻O管接入并聯(lián)型晶體振蕩器的回路中實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 變?nèi)荻O管接入振蕩回路有兩種形式 與石英晶體串聯(lián)； 與石英晶體并聯(lián)

39、。 變?nèi)荻O管與石英晶體串聯(lián)的連接方式應(yīng)用得比較廣泛，其作用是改變振蕩支路中的電抗，以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 圖7.2.8石英晶體振蕩器直接調(diào)頻電路 圖7.2.8是一個晶體振蕩器直接調(diào)頻電路，其中變?nèi)荻O管與晶體串聯(lián)連接，C4、C5、C6、 C7對高頻短路，L為高頻扼流圈。 從高頻等效電路來看，它是一個典型的電容三點(diǎn)式振蕩電路。晶體振蕩器的振蕩頻率只能在fq與fP之間變化。因?yàn)榫w的并聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率相差很小，其調(diào)頻的頻偏不可能大。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 晶體的并聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻

40、率之差為 所以調(diào)頻波的最大頻偏為 最大相對頻偏為 的值一般為10-3 10-4數(shù)量級，因此最大相對頻偏很難超過10-3。qoqqp21fCCffqoqm41fCCfoqqm41CCffoq/CC高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)7.3相位調(diào)制電路 7.3.1 調(diào)相電路的分類與要求 可變移相法調(diào)相； 調(diào)相的方法 可變時延法調(diào)相； 矢量合成法調(diào)相。 對調(diào)相電路的要求 具有線性調(diào)制特性； 未調(diào)制的載波頻率的頻率穩(wěn)定度要高； 有較高的調(diào)制靈敏度（即KP要大）； 寄生調(diào)幅要盡可能小。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.3.2 可變相

41、移法調(diào)相電路 1.基本原理 圖7.3.1 可變相移法調(diào)相電路實(shí)現(xiàn)模型 將載波振蕩信號電壓通過一個受調(diào)制信號電壓控制的相移網(wǎng)絡(luò)，即可以實(shí)現(xiàn)調(diào)相。 可控相移網(wǎng)絡(luò)是受調(diào)制信號電壓控制在 上產(chǎn)生相移 , 且呈線性關(guān)系, 即 ，則輸岀電壓為c)(c)()(PctuK)(cosccmotUu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路 這是單回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路,它是利用由電感L和變?nèi)?二極管組成的諧振回路的諧振頻率隨變?nèi)荻O管結(jié)電容變化而 變化來實(shí)現(xiàn)調(diào)相的。諧振頻率受調(diào)制信號控制。 載波信號經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò),得到載頻為 的受調(diào)制信號控制的調(diào)相波輸出。 等效諧振

42、回路可控相移網(wǎng)絡(luò)載波信號輸入調(diào)制信號輸入調(diào)制信號控制的相移網(wǎng)絡(luò)c高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3. 調(diào)相過程 (1)當(dāng)調(diào)制電壓u(t)=0時，9V直流 電壓給變?nèi)荻O管提供反向直流偏壓 VQ=9V。對應(yīng)結(jié)電容CjQ ,諧振回路諧 振頻率為 對應(yīng)相頻特性如所示。 由于輸入信號為載波電壓,經(jīng)過 相移網(wǎng)絡(luò)時,對應(yīng)相頻特性如所示, 對載波頻率 相移為0。輸出電壓與輸入載波相位 相同。 jQc1LCctc高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)當(dāng)調(diào)制電壓u(t)0時,變?nèi)荻O 管的反向電壓增大,結(jié)電容減小,諧振回 路諧振頻率增大

43、,對應(yīng)相頻特性如所示, 對載波頻率 相移為 。輸出電壓的相 位為 。 (3)當(dāng)調(diào)制電壓u(t) fc時，X20， 這時L2C2回路總阻抗為 式中，|Z2|是 的模，是 的相角，其值為 得 0)(D2D1doUUKuj2222ejZXRZ2Z22222XRZ0arctan22RX2Z2j -12212-j1221abe1e1UZCLMUZCLMU高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 表明，L2C2回路電壓 比L1C1回路 電壓 滯后 ，對應(yīng)的矢量 圖如圖7.6.6(b)所示。 從圖中可知UD1UD2，則鑒頻器 的輸出電壓為 f 與fc差值越大, UD1比UD2 小

44、得越多, 輸出電壓負(fù)得越大。 (3)當(dāng)輸入信號頻率f fc時，X2UD2， 則鑒頻器的輸出電壓 f 與fc差值越大, UD1比UD2 大得越多,輸出電壓正得越大。 綜合上述三點(diǎn)分析可得鑒頻器輸出電壓uo與頻率f的關(guān)系曲線如圖7.6.7所示。 2j -1221abe1UZCLMUabU1U0)(D2D1doUUKu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 圖7.6.7鑒頻特性曲線 在f =fc 點(diǎn)，uo=0，隨著失諧的加大，UD1與UD2幅度的差值增大，uo的絕對值加大。當(dāng)f fc時,uo為負(fù)。當(dāng)f fc時, 的振幅隨頻率增大而減小, 的振幅隨頻率增大而增大；f fc

45、時, 的振幅隨頻率增大而增大, 的振幅隨頻率增大而減小。因而在輸入為等幅調(diào)頻波時, 和 的波形為調(diào)幅調(diào)頻波, 如圖7.6.8所示。 圖7.6.8 和 的波形圖1DU2DU1DU2DU1DU2DU1DU2DU2DU1DU2DU1DU高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 4.相位鑒頻器的鑒頻特性 對于實(shí)際電路，應(yīng)該考慮回路損耗和耦合強(qiáng)弱的影響。 設(shè)一次、二次回路的諧振頻率都為fc， 且品質(zhì)因數(shù)QL和諧振電阻RP都相同，一般 來說，一次回路是接在晶體管的集電極電 路中，可用圖7.6.9所示等效電路表示。 根據(jù)耦合回路分析方法，可求得 式中， 稱為回路廣義失諧, ,。

46、P221)j1 (j1RIUP22ab)j(1jRIUcL00L2ffQffffQcfffLkQLMLLMk21耦合因數(shù) 耦合系數(shù) 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 可得 它們的幅值相應(yīng)為22Pab11D)j1 (2jj12RIUUU22Pab12D)j1 (2jj12RIUUU22222P1D4)1)2/(1（IRU22222P2D4)1)2/(1（IRU高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 因此鑒頻器的輸出電壓 3范圍內(nèi)鑒頻特性的非線性又嚴(yán)重起來，為了確保鑒頻特性曲線的線性好，通常取1.53。 當(dāng)1時,對應(yīng)于曲線最大值的廣

47、義失諧量m近似等于。 所以鑒頻特性曲線兩個最大值之間的寬度(鑒頻寬度)為 Bm=2fmax=kfc ),(4)1)2/(1)2/(1)(Pd222222PdD2D1doIRKIRKUUKu（高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.6.4 比例鑒頻器 相位鑒頻器前通常是需加一級限幅放大，以消除寄生調(diào)幅。對于要求不太高的設(shè)備，例如調(diào)頻廣播接收機(jī)中，常采用一種兼有抑制寄生調(diào)幅能力的鑒頻器，這就是比例鑒頻器。 1.比例鑒頻器的基本電路及工作原理 它與相位鑒頻器在調(diào)頻-調(diào)幅調(diào)頻波變換部分相同，但檢波器部分有較大變化，主要差別是圖7.6.11比例鑒頻器的基本電路高頻電子線

48、路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在ab兩端并接一個大電容Co，其電容量約為10F，由于Co和(R+R)組成電路的時間常數(shù)很大,通常約為(0.10.2)秒左右,這樣在檢波過程中,對于15Hz以上的寄生調(diào)幅變化，電容Co上的電壓UDC基本保持不變。 兩個二極管中一個與相位鑒頻器接法方向相反。這樣除了保證兩個二極管的直流通路外，還使得兩個檢波器的輸出電壓變成極性相同。因此，ab兩端就是兩個檢波電壓之和，即 。 把兩個檢波電容C3和C4的連接點(diǎn)d與兩個電阻連接點(diǎn)e分開，鑒頻器的輸出電壓uo從d、e兩點(diǎn)取出。 因?yàn)椴ㄐ巫儞Q電路與相位鑒頻器相同，所以電壓 與 的關(guān)系相同，即DC

49、C4C3baUUUUabU1U12221abj1jUXRCLMU高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 兩個檢波器的輸入電壓 和 為 檢波器輸出為 因?yàn)?, 鑒頻器的輸出電壓uo為 可見比例鑒頻器的輸出也取決于兩個檢波器輸入電壓之差，但輸出電壓值為相位鑒頻器的一半。D1UD2U2/ab1D1UUU)2/(2/ab1ab1D2UUUUUD1dC3UKUD2dC4UKUDCC4C3UUU2/DCRUU)(212C4C3C4DCC4oUUUUUu)(21)(21D2D1dC3C4UUKUU高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.比例鑒頻

50、器抑制寄生調(diào)幅的原理 比例鑒頻器的輸出電壓為 因?yàn)閁DC不變，所以uo的大小取決于| |與| |的比值，而不取決于它本身的大小。在調(diào)頻信號的瞬時頻率變化時,| |與 | |一個增大,一個減小,其比值隨頻率變化而變化,這就實(shí)現(xiàn)了鑒頻作用。 1221122121C4C3C4DCDCC4DCDCC4oUUUUUUUUUuD1UD2U1122111221D2D1DCC4C3DCUUUUUUD1UD2U高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 但是，當(dāng)輸入調(diào)頻信號的幅度發(fā)生變化時,| |與| |同時增大或同時減小，但其比值可保持不變，這樣比例鑒頻器輸出電壓uo就不隨輸入調(diào)頻信

51、號的振幅變化而變化，起到抑制寄生調(diào)幅作用。 從電路的動態(tài)工作中定性進(jìn)行說明抑制寄生調(diào)幅的作用 由于電容器C0的作用，兩端電壓UDC保持不變，相當(dāng)于給兩個檢波二極管加一個固定的直流偏壓。當(dāng)輸入調(diào)頻信號的振幅增大時， 和 增大，則| |和| |都增大，檢波電流I增大。 D1UD2UD1UD2U1UabU高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 因?yàn)閁DC不變，則檢波器的等效負(fù)載電阻R減小，使得檢波器的導(dǎo)通角增大，從而使檢波器的電壓傳輸系數(shù)Kd=cos減小。 另外，由于等效R減小，使得檢波器的等效輸入電阻Ridd=R/2減小，使二次與一次回路的品質(zhì)因數(shù)QL2和QL1減小，

52、又使前面放大器的負(fù)載電導(dǎo)增大,使電壓增益減小。二者的綜合作用能起到自動調(diào)整輸出電壓不受輸入振幅變化的影響。同理，輸入調(diào)頻信號的振幅減小時，其過程與上相反，也能達(dá)到自動調(diào)整的作用。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.6.5 相移乘法鑒頻器 1.相移乘法鑒頻器的組成與要求圖7.6.12相移乘法鑒頻器方框圖 它是將輸入的調(diào)頻波經(jīng)移相器變換為調(diào)相調(diào)頻波, 并將輸入調(diào)頻波和調(diào)相調(diào)頻波送給乘法器進(jìn)行鑒相(兩信號的瞬時相位比較) ,然后經(jīng)低通濾波器取岀輸入調(diào)頻波的原調(diào)制信號。 相移乘法鑒頻需理解兩個關(guān)鍵點(diǎn)： (1)用乘法器實(shí)現(xiàn)鑒相, 要求具有正弦鑒相特性, 則要求乘法器

53、的兩個輸入信號在載波狀態(tài)時相位差應(yīng)為/2； (2)移相器的作用是對載波頻率移相/2，而對調(diào)頻信號瞬時頻率變化的移相應(yīng)有線性的變化關(guān)系。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.移相網(wǎng)絡(luò)的原理分析 由電容C1和單調(diào)諧回路LC2R組成的 分壓傳輸移相網(wǎng)絡(luò),設(shè)輸入電壓為 ， 則輸出電壓 為 令 , ，則在在c附近變化時，可簡化為1U2ULCRCLCRUUj1j1/1j1j1j1/121212LCCRCUj1)(j1j2111)(/121cCCL)()/(21ccLCCRLRQ高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 式中 為廣義失諧量。 可

54、得移相網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆l特性K()和相頻特性 分別為ccL/ )(2 Qj1j)(2 j1j11cc112RCUQRCUUL211)(RCKarctan2)()(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 由特性曲線知 當(dāng)變化較小，即arctan/6時，tan。 對于輸入調(diào)頻信號來說，其瞬時頻率 由于移相網(wǎng)絡(luò)的中心頻率與輸入調(diào)頻信號的載頻都為c，則輸入調(diào)頻信號后產(chǎn)生的相移為ccL222)(Q)()()(cfcttuKtcfLcL)(22)(22)(tukQtQ高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.相移乘法鑒頻器的分析與實(shí)現(xiàn) 圖7.6.1

55、4相移乘法鑒頻器原理 設(shè)輸入調(diào)頻波為 其原調(diào)制信號為 調(diào)頻波u1經(jīng)移相器產(chǎn)生調(diào)相調(diào)頻波u2為)sincos(fc1m1tmtUutUtucos)(m)(sincos)(fc1m2tmtUKu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在u1和u2均為小信號的條件下，乘法器的輸出電流為 設(shè)低通濾波器在通帶內(nèi)的傳輸系數(shù)KL=1，負(fù)載電阻為RL，則乘法器輸出電流經(jīng)低通濾波后在RL上得到電壓為 可見鑒頻特性為正弦形。 )(sincos)sincos()(fcfc21mM21MtmttmtUKKuuK)()sin(2cos)(21)(cos)(21fc21mM21mMtmtUK

56、KUKK)(cos)(212imLMoURKKu cfL21mLM)(22cos)(21tukQURKKcfL21LM)(2sin)(21tukQURKKm高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 當(dāng) 時，則 這種鑒頻電路能實(shí)現(xiàn)線性解調(diào)，在集成電路中被廣泛采用。例如集成調(diào)頻接收電路MC3362、MC3363等均采用內(nèi)部集成乘法器和運(yùn)算放大器外接移相網(wǎng)絡(luò)和濾波元件構(gòu)成鑒頻器。這種鑒頻電路的性能良好，片外電路簡單，通常只有一個可調(diào)電感，調(diào)整非常方便。6/ )(2cfLtuKQtUKQURKKucos2)(21mcfL21mLMo高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈

57、爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 7.6.6 脈沖均值型鑒頻器(脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器) 調(diào)頻信號瞬時頻率的變化，直接表現(xiàn)為單位時間內(nèi)調(diào)頻信號過零值點(diǎn)(簡稱過零點(diǎn))的疏密變化，如圖7.6.15所示。 圖7.6.15調(diào)頻信號變換成單向矩形脈沖序列 調(diào)頻信號每周期有兩個過零點(diǎn)，由負(fù)變?yōu)檎倪^零點(diǎn)稱為“正過零點(diǎn)”,如01、03、05等,由正變?yōu)樨?fù)的過零點(diǎn)稱為“負(fù)過零點(diǎn)”,02、04、06等。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 如果在調(diào)頻信號的每一個正過零點(diǎn)處由電路產(chǎn)生一個振幅為Um，寬度為的單極性矩形脈沖，即將原始調(diào)頻信號轉(zhuǎn)換成了重復(fù)頻率與調(diào)頻信號的瞬時頻率相同的單向矩形脈沖

58、序列。 這時單位時間內(nèi)矩形脈沖的數(shù)目就反映了調(diào)頻波的瞬時頻率，該脈沖序列振幅的平均值能直接反映單位時間內(nèi)矩形脈沖的數(shù)目。脈沖個數(shù)越多，平均分量越大，脈沖個數(shù)越少，平均分量越小。 讓這一脈沖序列通過傳輸系數(shù)為KL的低通濾波器進(jìn)行濾波，則濾波后的輸出電壓uo可寫成 式中，uav表示一個周期內(nèi)脈沖振幅的平均值；是脈沖寬度；Um是脈沖振幅；KL是低通濾波器的傳輸系數(shù)；f是重復(fù)頻率，也就是調(diào)頻信號的瞬時頻率；T是重復(fù)周期。 濾波后輸出電壓與調(diào)制信號的瞬時頻率f成正比。 優(yōu)點(diǎn)線性好,頻帶寬,易于集成化,工作在10MHz左右 。fKUTKUuuLmLmavo/高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工

59、程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)7.7 數(shù)字角度調(diào)制與解調(diào) 7.7.1 數(shù)字頻率調(diào)制與解調(diào) 1. 數(shù)字頻率調(diào)制 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK）,是用數(shù)字基帶信號控制載波信號的頻率，不同的載波頻率代表數(shù)字信號的不同電平。 二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控（2FSK）信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 式中, g(t)是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖； 是 的反碼 。 FSK信號的產(chǎn)生有兩種方法，直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。tnTtgatnTtgatunnnn2s1scos)(cos)()(101npap 概率為 概率為_011-npap 概率為 概率為nana高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (1)直接調(diào)頻

60、法 直接調(diào)頻是用數(shù)字基帶信號直接控制載波振蕩器的振蕩頻率。 第6章介紹的模擬信號的直接調(diào)頻電路都可以用來產(chǎn)生2FSK信號，它具有電路簡單和相位連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，但頻率穩(wěn)定度較低。 (2)頻率鍵控法 頻率鍵控法如圖7.7.1所示。它 有兩個獨(dú)立振蕩源和數(shù)字基帶信號 控制轉(zhuǎn)換開關(guān)組成。數(shù)字基帶信號 控制電子開關(guān)，在兩個獨(dú)立振蕩源 之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換以輸出對應(yīng)的不同頻 圖7.7.1 頻率鍵控法原理圖 率。這種方法的頻率穩(wěn)定度高，轉(zhuǎn) 換速度較快，但其轉(zhuǎn)換時相位不連續(xù)。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁上頁首頁哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 為了兼顧相位連續(xù)和頻率穩(wěn)定高，常用圖7.7.2所示的數(shù)字式調(diào)頻器來產(chǎn)生2FSK