第5章角度調(diào)制及解調(diào)電路-2

1、第第 5 章角度調(diào)制與解調(diào)電路章角度調(diào)制與解調(diào)電路5.2調(diào)頻電路調(diào)頻電路5.2.1調(diào)頻電路概述調(diào)頻電路概述5.2.2直接調(diào)頻直接調(diào)頻5.2.3間接調(diào)頻電路間接調(diào)頻電路調(diào)相電路調(diào)相電路5.2.4擴(kuò)展最大頻偏的方法擴(kuò)展最大頻偏的方法25.2.1調(diào)頻電路概述調(diào)頻電路概述一、一、直接調(diào)頻和間接調(diào)頻直接調(diào)頻和間接調(diào)頻1直接調(diào)頻直接調(diào)頻( (1) )定義：調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其定義：調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。不失真地反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。( (2) )被控的振蕩器種類被控的振蕩器種類 LC、晶體振蕩器晶體振蕩器( (產(chǎn)生調(diào)頻產(chǎn)生調(diào)頻正弦波正弦波

2、) )；* * 張弛振蕩器張弛振蕩器( (產(chǎn)生調(diào)頻非正弦波，可通過濾波等方產(chǎn)生調(diào)頻非正弦波，可通過濾波等方式將調(diào)頻非正弦波變換為調(diào)頻正弦波式將調(diào)頻非正弦波變換為調(diào)頻正弦波)。 2間接調(diào)頻間接調(diào)頻 ( (1) )定義：通過調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法定義：通過調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法3( (2) )方法：由調(diào)頻與調(diào)相的內(nèi)在聯(lián)系，將調(diào)制信號進(jìn)行方法：由調(diào)頻與調(diào)相的內(nèi)在聯(lián)系，將調(diào)制信號進(jìn)行積分，用其值進(jìn)行調(diào)相，便得到所需的調(diào)頻信號。積分，用其值進(jìn)行調(diào)相，便得到所需的調(diào)頻信號。 正弦波振蕩器產(chǎn)生角頻正弦波振蕩器產(chǎn)生角頻率為率為 c 的載波電壓的載波電壓 Vmcos ct，通過調(diào)相器后引入一個(gè)附加相通過調(diào)相器后引入一個(gè)

3、附加相移移 ( c)，即，即 vO(t) = Vmcos ct + ( c)。 若附加相移受到若附加相移受到 v (t) 的積分值的積分值 k1 的控制，的控制，則輸出的調(diào)制信號為則輸出的調(diào)制信號為ttvtd)(0 vO(t) = Vmcos ct +kpk1 ttvtd)(0 比較調(diào)頻波的表達(dá)式比較調(diào)頻波的表達(dá)式 輸出為調(diào)頻波。輸出為調(diào)頻波。vO(t) = Vmcos ct +kf ttvtd)(0 4當(dāng)當(dāng) v (t) = V mcos t 時(shí)，上式可表示為時(shí)，上式可表示為vO(t) = = Vmcos( ct + Mfsin t)vO(t) = Vmcos ct + kpk1 tVsinm

4、式中，式中，Mf = = kp(k1V m/ ) = m/ ， m = kpk1V mMf：調(diào)頻指數(shù)，與調(diào)制信號振幅：調(diào)頻指數(shù)，與調(diào)制信號振幅 V m 成正比。成正比。調(diào)相器：實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵，作用：產(chǎn)生受調(diào)制信號調(diào)相器：實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵，作用：產(chǎn)生受調(diào)制信號振幅振幅 V m 線性控制的附加相移線性控制的附加相移 ( c) 。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以利用頻穩(wěn)度高的石英晶振，在后級進(jìn)行調(diào)相。：可以利用頻穩(wěn)度高的石英晶振，在后級進(jìn)行調(diào)相。二、調(diào)頻電路的性能要求二、調(diào)頻電路的性能要求1調(diào)頻特性調(diào)頻特性( (1) )定義：描述瞬時(shí)頻率偏移定義：描述瞬時(shí)頻率偏移 f (= f - - fc) 隨調(diào)制電壓隨調(diào)制

5、電壓 v 變化的特性。變化的特性。 5( (2) )特性：如圖所示。特性：如圖所示。( (3) )要求：在特定調(diào)制電壓范圍內(nèi)是線性的。要求：在特定調(diào)制電壓范圍內(nèi)是線性的。2調(diào)頻靈敏度調(diào)頻靈敏度單位為單位為 Hz/V， SF 越大，調(diào)制信號越大，調(diào)制信號對瞬時(shí)頻率的控制能力就越強(qiáng)。對瞬時(shí)頻率的控制能力就越強(qiáng)。( (2) )當(dāng)當(dāng) v (t) = V mcos t 時(shí)，畫時(shí)，畫出的出的 f(t) 波形如圖。圖中，波形如圖。圖中， fm 即即為調(diào)頻信號的最大頻偏。為調(diào)頻信號的最大頻偏。3調(diào)頻特性的非線性調(diào)頻特性的非線性( (1) )定義：原點(diǎn)上的斜率定義：原點(diǎn)上的斜率 ( (1) )中心頻率偏離量中心

6、頻率偏離量0Fd)(d= = =vvfS6若調(diào)頻特性非線性，則由余弦調(diào)制電壓產(chǎn)生的若調(diào)頻特性非線性，則由余弦調(diào)制電壓產(chǎn)生的 f(t)為非為非余弦波形，它的傅里葉級數(shù)展開式為余弦波形，它的傅里葉級數(shù)展開式為 f(t) = f0 + fm1cos t + fm2cos2 t + 式中式中 f0 = f0 fc 為為 f(t) 的平均分量，表示調(diào)頻信號的中心頻的平均分量，表示調(diào)頻信號的中心頻率由率由 fc 偏離到偏離到 f0 ，稱為，稱為中心頻率偏離量中心頻率偏離量。( (2) )非線性失真系數(shù)：評價(jià)調(diào)頻特性非線性的參數(shù)非線性失真系數(shù)：評價(jià)調(diào)頻特性非線性的參數(shù)1m22mnffTHDn = = = =

7、4中心頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度中心頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度使接收機(jī)正常接收所必須滿足的重要性能指標(biāo)，否則，使接收機(jī)正常接收所必須滿足的重要性能指標(biāo)，否則，將造成信號失真，并干擾鄰近電臺信號。將造成信號失真，并干擾鄰近電臺信號。75.2.2直接調(diào)頻直接調(diào)頻正弦振蕩器正弦振蕩器* *張弛振蕩器張弛振蕩器實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法一、工作原理及其性能分析一、工作原理及其性能分析1工作原理工作原理2可變電抗器件的種類可變電抗器件的種類( (2) )鐵氧化磁芯繞制的線圈鐵氧化磁芯繞制的線圈。電感可變器件，用在掃頻。電感可變器件，用在掃頻儀中，改變通過附加線圈的電流可控制磁場的變化，使磁芯儀中，改變通過附加線圈的電流可控制磁場

8、的變化，使磁芯導(dǎo)磁率變化，從而改變主線圈的電感量。導(dǎo)磁率變化，從而改變主線圈的電感量。將可變電抗器件接入將可變電抗器件接入 LC 振蕩回路中，其電容或電感量振蕩回路中，其電容或電感量受調(diào)制信號控制，便可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。受調(diào)制信號控制，便可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。( (1) )駐極體話筒或電容式話筒駐極體話筒或電容式話筒。電容可變器件電容可變器件用于便攜用于便攜式調(diào)頻發(fā)射機(jī)，將聲波的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。接式調(diào)頻發(fā)射機(jī)，將聲波的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。接入振蕩回路當(dāng)中，可得瞬時(shí)頻率按講話聲音強(qiáng)弱變化的調(diào)頻入振蕩回路當(dāng)中，可得瞬時(shí)頻率按講話聲音強(qiáng)弱變化的調(diào)頻信號。信號。8( (3) )變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管。

9、利用。利用 PN 結(jié)反偏呈現(xiàn)的勢壘電容而構(gòu)結(jié)反偏呈現(xiàn)的勢壘電容而構(gòu)成，應(yīng)用最為廣泛。成，應(yīng)用最為廣泛。優(yōu)點(diǎn)：工作頻率高、固有損耗小、使用方便。優(yōu)點(diǎn)：工作頻率高、固有損耗小、使用方便。接入方法：全接入、部分接入接入方法：全接入、部分接入1變?nèi)莨茏鳛檎袷幓芈房傠娙莸闹弊內(nèi)莨茏鳛檎袷幓芈房傠娙莸闹苯诱{(diào)頻電路接調(diào)頻電路( (1) )原理電路原理電路 右圖為右圖為 LC 正弦振蕩器中的諧振回路。正弦振蕩器中的諧振回路。Cj ：變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容，與：變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容，與 L 共同構(gòu)成振共同構(gòu)成振蕩器的振蕩回路蕩器的振蕩回路( (全接入全接入) )。振蕩頻率近似等。振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率，即于回路的諧振

10、頻率，即 osc 0 =j1LC( (2) )性能分析性能分析 歸一化調(diào)頻特性曲線方程歸一化調(diào)頻特性曲線方程已知變?nèi)莨芙Y(jié)電容已知變?nèi)莨芙Y(jié)電容的的變?nèi)萏匦宰內(nèi)萏匦詎VvCvC)/1()0()(Bjj- -= =VB ：PN 結(jié)的內(nèi)建電位差，結(jié)的內(nèi)建電位差，Cj(0)：v = 0 時(shí)的結(jié)電容，時(shí)的結(jié)電容，n ：變?nèi)葜笖?shù)，由：變?nèi)葜笖?shù)，由 PN 結(jié)工藝結(jié)構(gòu)定，在結(jié)工藝結(jié)構(gòu)定，在 1/3 到到 6 之間。之間。變?nèi)莨芸傠妷鹤內(nèi)莨芸傠妷?v = -(-( VQ + v )，且，且 VQ，代入，代入 vnnnnnnxCVVvVVCVVvVVVVVCVvVVVVVVCVvVCvC)1()1()1()0()0

11、()0()/ )(1 )0()(QjQBBQjQBQBBQBjBQBQBQBjBQjj = = = = = = = = = = (5.2.8)式中，式中， 變?nèi)莨茉陟o態(tài)工作點(diǎn)變?nèi)莨茉陟o態(tài)工作點(diǎn) Q 上的結(jié)電容上的結(jié)電容，nVVCC)/1()0(BQjQj = =BQVVvx = =歸一化歸一化的調(diào)制信號電壓的調(diào)制信號電壓，其值，其值恒小于恒小于 1。2cQjjoosc)1()1(1 nnxLCxLC = = = = = ( (5.2.10) )式中，式中， c = 為為 v = 0 的振蕩的振蕩( (載波載波) )角頻率，與角頻率，與 VQ 有關(guān)有關(guān) Qj1LC( (5.2.10) )為歸一化

12、調(diào)頻特性曲線方程，反映了振蕩角頻為歸一化調(diào)頻特性曲線方程，反映了振蕩角頻率率 osc 隨隨 x( (即即 v ) )變化的關(guān)系式。變化的關(guān)系式。 歸一化調(diào)頻特性曲線歸一化調(diào)頻特性曲線：指數(shù)：指數(shù) n 不同，不同， f / fc 隨隨 x 變化變化的曲線的曲線 j1LC將將 代入代入 osc 0 = 中，得中，得nxCvC)1()(Qjj = = f / fc 隨隨 x 變化的曲線如圖，可見，除變化的曲線如圖，可見，除 n = 2 外，調(diào)頻特外，調(diào)頻特性曲線均為非線性曲線。性曲線均為非線性曲線。所以，變?nèi)莨茏髡袷幓芈房傠娝裕內(nèi)莨茏髡袷幓芈房傠娙?，?yīng)選用容，應(yīng)選用 n = 2 的的超突變結(jié)超突

13、變結(jié)變?nèi)葑內(nèi)莨堋７駝t，調(diào)制器將出現(xiàn)非線性失管。否則，調(diào)制器將出現(xiàn)非線性失真，或使中心頻率偏離真，或使中心頻率偏離 c c 值。值。 直接調(diào)頻電路的性能直接調(diào)頻電路的性能 當(dāng)當(dāng) v (t) = V mcos t 時(shí)，歸一時(shí)，歸一化調(diào)制信號電壓化調(diào)制信號電壓tmtVVVxcoscosBQm= = = =其中其中 m = V m /( (VQ + VB)，若設(shè)，若設(shè) m 足夠小，可以忽略足夠小，可以忽略( (5.2.10) )式級數(shù)展開式中，式級數(shù)展開式中，x的三次方及其以上各次方項(xiàng)，則的三次方及其以上各次方項(xiàng)，則! 2)12/(2/21)1()(2c2/coscxnnxnxxn- - = = 將將

14、 代入，利用代入，利用tmxcos= =)2cos1(21cos2xx = =2cos)12(81cos2)12(811 )(22cosctmnntmnmnnx- - - - 可求得調(diào)頻波的：可求得調(diào)頻波的：A最大頻偏最大頻偏cm2 mn B中心頻率偏移中心頻率偏移 c 的數(shù)值的數(shù)值c2c)12(81 mnn- - C二次諧波分量的最大角頻偏二次諧波分量的最大角頻偏c2m2)12(81 mnn- - D調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù))12(4m2mf2- - = =nmk E中心角頻率的相對偏離值中心角頻率的相對偏離值2cc)12(81mnn- - ( (3) )討論討論 故

15、，故，最大相對頻偏受最大相對頻偏受 kf2 和和 c c 的限制。在滿足的限制。在滿足 kf2 和和 c c的條件下，提高的條件下，提高 c 可以增大調(diào)頻波的最大角頻偏值可以增大調(diào)頻波的最大角頻偏值 m。 當(dāng)當(dāng) n = 2 時(shí)，時(shí)， c = 0， 2m = 0，實(shí)現(xiàn)不失真調(diào)頻。，實(shí)現(xiàn)不失真調(diào)頻。變?nèi)莨苓x定，變?nèi)葜笖?shù)變?nèi)莨苓x定，變?nèi)葜笖?shù) n則則定，增大定，增大 m可增大相對頻偏，可增大相對頻偏， 但同時(shí)增大了但同時(shí)增大了非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù) kf2和和中心頻中心頻率偏移量率偏移量 c c( )( )，2cc)12(81mnn- - ，)12(4m2mf2- - = =nmk c2c)12

16、(81 mnn- - cm2 mn 變?nèi)莨苡勺內(nèi)莨苡?PN 結(jié)組成，其性能受溫度影響較大，為結(jié)組成，其性能受溫度影響較大，為減少影響，可采用減少影響，可采用部分接入部分接入電路。電路。2變?nèi)莨懿糠纸尤胝袷幓芈返闹苯诱{(diào)頻電路變?nèi)莨懿糠纸尤胝袷幓芈返闹苯诱{(diào)頻電路( (1) )原理電路原理電路變?nèi)莨懿糠纸尤胱內(nèi)莨懿糠纸尤? (Cj 先和先和 C2 串接，再和串接，再和 C1 并接并接) )的振蕩的振蕩回路。回路。( (2) )性能分析性能分析回路總電容為回路總電容為j2j21CCCCCC = = nxCC)1(jQj = =代入，則代入，則Qj2Qj21Qj2Qj21)1()1()1(CxCCCCx

17、xCCCCCCnnn = = = =)1(11)(Qj2Qj21oscCxCCCCLLCxn = = = 相應(yīng)的調(diào)頻特性方程相應(yīng)的調(diào)頻特性方程 ( (3) )討論討論若將回路總電容視作一個(gè)等效的變?nèi)莨?，則等效變?nèi)葜溉魧⒒芈房傠娙菀曌饕粋€(gè)等效的變?nèi)莨埽瑒t等效變?nèi)葜笖?shù)數(shù)n必將小于變?nèi)莨苤笖?shù)，故為實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻：必將小于變?nèi)莨苤笖?shù)，故為實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻： 須選用須選用 n 大于大于 2 的變?nèi)莨艿淖內(nèi)莨?正確選擇正確選擇 C1 和和 C2 的大小。的大小。由圖：由圖：C2 主要影響低頻區(qū)主要影響低頻區(qū)的調(diào)制特性曲線的調(diào)制特性曲線部分接入，結(jié)電容僅為回路總電容的一部分，對振蕩頻部分接入，結(jié)電容僅為回路總電容

18、的一部分，對振蕩頻率的調(diào)變能力比全部接入低。率的調(diào)變能力比全部接入低。C1 主要影響高頻區(qū)的調(diào)頻特性線。主要影響高頻區(qū)的調(diào)頻特性線。 部分接入，部分接入，最大角頻偏：最大角頻偏：)(1Qj2Qj21cCCCCCL = = pmncm2 = = 式中式中p = (1 + p1)(1 + p2 + p1 p2) p1 = CjQ / C2， p2 = C1 / CjQcm2 mn 比較全部接入最大角頻偏：比較全部接入最大角頻偏： 可見，減小了可見，減小了 1/p，而，而 p 恒大恒大 1。當(dāng)當(dāng) CjQ 一定時(shí)，一定時(shí)，C2 越小，越小，P1 越大；越大；C1 越大，越大，P2 越大，其越大，其結(jié)果

19、都使結(jié)果都使 p 值增大，因此值增大，因此 m 越小。越小。 18二、電路組成二、電路組成控制電路的控制電路的接入原則接入原則：既可將：既可將 VQ 和和 v 加到變?nèi)莨苌希瑢?shí)現(xiàn)控制作用，又不加到變?nèi)莨苌希瑢?shí)現(xiàn)控制作用，又不影響振蕩器的正常工作。影響振蕩器的正常工作。L1：高頻扼流圈，對高頻：高頻扼流圈，對高頻 c c開路，對調(diào)制頻率開路，對調(diào)制頻率 短路。短路。C1，C2：對：對 c短路，對短路，對 開路。開路。( (1) )LC諧振回路（即諧振回路（即 c通路）：由于通路）：由于 L1 開路、開路、 C1和和C2 短路，因而是由短路，因而是由 L 和和 Cj 組成的振蕩電路，不受控制電路影

20、響。組成的振蕩電路，不受控制電路影響。LCjCj：變?nèi)荻O管的結(jié)電容，容量受反向：變?nèi)荻O管的結(jié)電容，容量受反向電壓電壓 的控制。的控制。( )QvVvt =01oscjLC 諧振頻率：諧振頻率：19( (2) )變?nèi)荻O管反向電壓控制電路（即直流和調(diào)制頻率通變?nèi)荻O管反向電壓控制電路（即直流和調(diào)制頻率通路）：由于路）：由于 L1 短路短路，C1 阻斷，因而阻斷，因而 VQ 和和 v 可有效地加到可有效地加到變?nèi)莨苌希皇苷袷幓芈酚绊?。變?nèi)莨苌希皇苷袷幓芈酚绊?。VQ：直流電壓，保證在：直流電壓，保證在v (t)的作的作用下，變?nèi)荻O管一直處于反偏。用下，變?nèi)荻O管一直處于反偏。VQ大小決定了

21、載波的頻率。大小決定了載波的頻率。實(shí)際：加在變?nèi)荻O管上的電壓實(shí)際：加在變?nèi)荻O管上的電壓除除VQ和和v外，還有振蕩器產(chǎn)生的外，還有振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩電壓，會影響高頻振蕩電壓，會影響Cj(t)。20 中心頻率為中心頻率為 140 MHz 的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。( (1) )T 的直流偏置：雙電源供電的直流偏置：雙電源供電( (2) )振蕩電路變?nèi)莨苋尤氲恼袷庪娐纷內(nèi)莨苋尤氲?電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式 ( (3) )D 的直流偏置的直流偏置( (4) )調(diào)制信號接入調(diào)制信號接入 型濾波型濾波實(shí)際電路：實(shí)際電路：211345+-( )vt+V 高頻振蕩電路高頻振蕩電路 調(diào)制

22、頻率通路調(diào)制頻率通路 直流通路直流通路（Cj只有幾只有幾p幾十幾十pF，相較之下相較之下150pF很大很大對對c短路；略短路；略75小小電容）電容）（VQ和和v(t)并聯(lián)加到并聯(lián)加到Cj上，上，所以分開畫調(diào)制頻率通路所以分開畫調(diào)制頻率通路和直流通路）和直流通路）22* * 中心頻率為中心頻率為 90 MHz 的直接調(diào)頻電路的直接調(diào)頻電路( (1) )Q 點(diǎn)點(diǎn)( (2) )振蕩電路：振蕩電路：變?nèi)莨懿糠纸尤?、電變?nèi)莨懿糠纸尤搿㈦娙萑c(diǎn)式容三點(diǎn)式( (3) )變?nèi)莨芸刂齐娐罚鹤內(nèi)莨芸刂齐娐罚?4)(4)調(diào)制電路：調(diào)制電路：v (t) 經(jīng)經(jīng) 47 F 隔直電容和隔直電容和 47 H 高頻扼流圈加到變

23、高頻扼流圈加到變?nèi)莨苌先莨苌?3 100 MHz 晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。T1：音頻放大器；：音頻放大器； T2 ：皮爾斯晶體振蕩器：皮爾斯晶體振蕩器（畫圖）（畫圖）。晶體振在基頻上，實(shí)質(zhì)上是通過改變晶體的負(fù)載電容來微調(diào)晶體振在基頻上，實(shí)質(zhì)上是通過改變晶體的負(fù)載電容來微調(diào)振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的，這樣頻偏當(dāng)然是很小的。振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的，這樣頻偏當(dāng)然是很小的。LC諧諧振在晶體基頻的振在晶體基頻的3次諧波上次諧波上，對振蕩頻率來說相當(dāng)短路。輸出，對振蕩頻率來說相當(dāng)短路。輸出FM波的中心頻率應(yīng)是振蕩頻率的波的中心頻率應(yīng)是振蕩頻率的3倍，最大頻偏也擴(kuò)大為倍，最大頻偏也擴(kuò)大為3倍。倍。245.2.3間接調(diào)頻電路間接調(diào)頻電路調(diào)相電路調(diào)相電路調(diào)頻方法：調(diào)頻方法：直接調(diào)頻直接調(diào)頻間接調(diào)頻間接調(diào)頻 實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻電路的關(guān)鍵：調(diào)相電路。實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻電路的關(guān)鍵：調(diào)相電路。實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)現(xiàn)方法：* *矢量合成法矢量合成法可變相移法可變相移法* *可變時(shí)延法?？勺儠r(shí)延法。一、可變相移法調(diào)相電路一、可變相移法調(diào)相電路( (1) )實(shí)際電路實(shí)際電路(p331，圖，圖5-2-21)254實(shí)際電路實(shí)際電路( (