高頻電子電路6247580課件

VCO的特點(diǎn)：瞬時(shí)頻率隨外加控制信號(hào)的變化而變化。

VCO式中：U為振蕩信號(hào)的振幅，

:當(dāng)

時(shí)的振蕩頻率，k

f為:VCO控制靈敏度。

6.3.2壓控振蕩器直接調(diào)頻電路

用調(diào)制信號(hào)電壓控制振蕩回路的參數(shù)，如回路電容C或回路電感L，并使振蕩頻率ω正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

在直接調(diào)頻法中常采用壓控振蕩器（VoltageControlOscillator）作為頻率調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。VCO中最常用的壓控元件：變?nèi)荻O管

由晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管組成的電抗電路。

壓控振蕩器直接調(diào)頻：優(yōu)點(diǎn)：可獲得較大頻偏.缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動(dòng)頻率微調(diào)（automaticfrequencycontrol，AFC）電路來(lái)克服載頻偏移。仿真休息1休息2通常有：，壓控振蕩器的輸出信號(hào)即為調(diào)頻信號(hào)。1.變?nèi)荻O管

擴(kuò)散電容(diffusioncapacitance)正向偏置，電容效應(yīng)比較小。

勢(shì)壘電容(barriercapacitance)反向偏置，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。

所以為利用PN結(jié)的電容，PN結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài).6.3.3變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

（VaractordiodedirectFM）PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，而專(zhuān)用的變?nèi)荻O管，是經(jīng)過(guò)特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰?。結(jié)電容Cj與反偏電壓uR的關(guān)系：式中Co：

時(shí)的電容值（零偏置電容）反向偏置電壓，UD：PN結(jié)勢(shì)壘電位差。

γ

：結(jié)電容變化指數(shù)，通常γ=1/2—1/3，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容γ

=1—5可以看出C

j與uR之間是非線(xiàn)性關(guān)系，即變?nèi)荻O管屬于非線(xiàn)性電容，這種非線(xiàn)性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級(jí)也較小，是較理想的高效率，低噪聲非線(xiàn)性電容。休息1休息2PN結(jié)具有電容效應(yīng)

設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個(gè)靜態(tài)工作電壓Uo和一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào)

，則結(jié)反偏電壓：

而結(jié)電容：

其中：

為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容。

表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。

休息1休息2CjuRUQuRtCjtCjQ則由上電路可知，振蕩頻率為：

;而

為了簡(jiǎn)化電路分析，如果設(shè)：，則有

所以：有

其中：

為未加調(diào)制信號(hào)（）時(shí)的振蕩頻率，3．

調(diào)頻性能分析即為調(diào)頻振蕩器的中心頻率。討論：1設(shè)γ=2即滿(mǎn)足線(xiàn)性調(diào)頻。

2

當(dāng)則

LC1C2CjVT+uR-（利用級(jí)數(shù)展開(kāi)忽略高次項(xiàng)，

可近似為：

是由Cj—Vd的非線(xiàn)性而引起的。雖然

（2）

：與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏，雖然

（3）

：由于Cj—uR的非線(xiàn)性作用，使頻偏中增加了Ω的諧波分量（2Ω）而引起的附加頻偏，會(huì)造成調(diào)頻接收時(shí)的非線(xiàn)性失真，應(yīng)盡量減少這種失真。其中：（1）

：為中心頻率的偏移量另外，定義調(diào)頻靈敏度：休息1休息24.實(shí)用變?nèi)莨芏O調(diào)頻電路

（1）L1，C1、C2串聯(lián)，C3和反向串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管，三個(gè)支路并聯(lián)組成電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路。(2)直流偏置電壓-UQ同時(shí)加在兩個(gè)變?nèi)荻O管的正極，調(diào)制信號(hào)經(jīng)L4扼流圈加在二極管負(fù)極上，二個(gè)二極管的動(dòng)態(tài)偏置為：

（3）兩個(gè)變?nèi)荻O管串聯(lián)后的總電容

C'j與C3串聯(lián)后接入振蕩回路，對(duì)振蕩回路來(lái)說(shuō)是部分接入，與單二極管直接接入比較，在相同的情況下，m值降低。

（4）兩變?nèi)荻O管反向串聯(lián)，對(duì)高頻信號(hào)而言，加到兩管的高頻電壓降低一半，可減弱高頻電壓對(duì)結(jié)電壓的影響，另外在高頻電壓的任一半周內(nèi)，一個(gè)變?nèi)莨芗纳娙菰龃?，而另一個(gè)減少，使結(jié)電容的變化不對(duì)稱(chēng)性相互抵消，從而消弱寄生調(diào)制。

仿真休息1休息2C1C2L1C3Cj1Cj2C1C3Cj1Cj2uΩR1R2LeReC2L1CbC4C5C6C7L2L3+-VT-UQECL4ud在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場(chǎng)合，可以采用直接對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻的方法。

6.3.4晶體振蕩器直接調(diào)頻電路

1．晶體振蕩器直接調(diào)頻原理右圖為并聯(lián)型PierceOscillator，其振蕩頻率為：

式中：Cg為晶體的動(dòng)態(tài)電容，C

o：晶體的靜態(tài)電容，

，f

q：晶體的串聯(lián)諧振頻率。在電路中，當(dāng)Cj變化時(shí)，CL變化，從而使晶體振蕩器的振蕩頻率也發(fā)生變化，如果壓控元件Cj受調(diào)制電壓 控制，則PierceOscillator就成為一個(gè)晶體調(diào)頻振蕩器。注意：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個(gè)等效電感，故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振頻率f

q與并聯(lián)諧振頻率fp之間，而f

q與f

p之間的頻率變化范圍只有量級(jí)，再加上Cj的串聯(lián)，晶體的可調(diào)振蕩頻率更窄。

休息1休息2C2ClCjJT例如載頻為40MHZ的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有7.5KHZ，所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但缺點(diǎn)是最大頻偏很小，實(shí)際中需要采用擴(kuò)大頻偏的措施。擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：晶體支路中串接小電感；

利用π型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換來(lái)擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感性的工作頻率范圍。

1.間接調(diào)頻法

高穩(wěn)定度載波振蕩器相位調(diào)制器積分電路多級(jí)倍頻和混頻器寬帶窄帶6.3.4間接調(diào)頻電路

但最大頻偏小的缺點(diǎn)可以通過(guò)多級(jí)倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級(jí)，然后再對(duì)這個(gè)穩(wěn)定的載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，這樣一來(lái)就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號(hào)。在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線(xiàn)性調(diào)頻必需以線(xiàn)性調(diào)相為基礎(chǔ)。但在實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性調(diào)相時(shí)，要求最大瞬時(shí)相位偏移

，因而線(xiàn)性調(diào)相的范圍很窄，因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏

很小，即：m

f<<1，這是間接調(diào)頻法的主要缺點(diǎn).間接調(diào)頻法就是利用調(diào)相方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

R1R2R3R4C1C2C3C4CjL載波輸入間接調(diào)頻的關(guān)鍵電路是調(diào)相器.高穩(wěn)定度振蕩器調(diào)相器積分器2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路

如果忽略二次方以上各項(xiàng)，可得回路的諧振頻率為：

將變?nèi)荻O管接在高頻放大器的諧振回路里，就可構(gòu)成變?nèi)荻O管調(diào)相電路。

CjLUQ=9V載波輸入調(diào)相波輸出回路的頻率偏移為：

在高Q值及諧振回路失諧不大的情況下，并聯(lián)LC諧振回路電壓和電流間的相位關(guān)系為：Oωωoω幅頻特性Δ

φπ/6-π/6當(dāng)Δ

φ

<π/6（或30o）時(shí)，tanΔ

φ≈Δ

φ可得:表明:單級(jí)LC諧振回路在滿(mǎn)足Δ

φ

<π

/6（30o）的條件下，回路輸出電壓的相移是與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線(xiàn)性關(guān)系的。

如果將調(diào)制電壓uΩ(t)先積分后再加在變?nèi)荻O管上，則單級(jí)LC諧振回路輸出電壓的瞬時(shí)頻率ω(t)就與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線(xiàn)性關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制電壓uΩ(t)的間接調(diào)頻。調(diào)相波輸出載波輸入3.實(shí)用變?nèi)荻O管調(diào)相電路

由晶體管組成單LC回路調(diào)諧放大電路，電感L、電容C1、C2與變?nèi)莨蹸j組成并聯(lián)諧振回路；

載波輸入

uFM(t)

C3、C4、C5為耦合電容；LZ為高頻扼流圈，以防高頻載波被調(diào)制信號(hào)源旁路;

R5、R6對(duì)電源EC分壓后為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)偏置電壓UQ。

放大的載波信號(hào)經(jīng)C3耦合輸入，調(diào)制信號(hào)經(jīng)C5耦合輸入，調(diào)相信號(hào)經(jīng)C4耦合輸出。如果將調(diào)制電壓uΩ(t)先積分后再輸入，那么從C4耦合輸出的信號(hào)就是對(duì)調(diào)制電壓uΩ(t)的間接調(diào)頻波。

R5R1R3R4R3CbC1CjC3C2C4C5LLZECR6Ce+UQ-調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)是從調(diào)頻波 中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)過(guò)程，完成調(diào)頻波解調(diào)過(guò)程的電路稱(chēng)為頻率檢波器第一種方法，將調(diào)頻波通過(guò)頻率—幅度線(xiàn)性變換網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波變換成調(diào)頻—調(diào)幅波，再通過(guò)包絡(luò)檢波器檢測(cè)出反映幅度變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱(chēng)為斜率鑒頻器，或稱(chēng)振幅鑒頻器。將調(diào)頻波進(jìn)行特定的波形變換，根據(jù)波形變換特點(diǎn)的不同，可歸納以下幾種實(shí)現(xiàn)方法：

6.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

6.4.1鑒頻方法及其實(shí)現(xiàn)模型

休息1休息21.鑒頻方法頻率—幅度線(xiàn)性變換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波器uΩtuFMtuFM-AMt第二種方法，將調(diào)頻波通過(guò)頻率—相位線(xiàn)性變換網(wǎng)絡(luò)，變換成調(diào)頻—調(diào)相波，再通過(guò)鑒相器檢測(cè)出反映相位變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱(chēng)為相位鑒頻器。第三種方法，是隨著近年來(lái)集成電路的廣泛應(yīng)用，在集成電路調(diào)頻機(jī)中較多采用的移相乘積鑒頻器。它是將輸入FM信號(hào)經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)后生成與FM信號(hào)電壓正交的參考信號(hào)電壓，它與輸入的FM信號(hào)電壓同時(shí)加入相乘器，相乘器輸出再經(jīng)低通濾波器濾波后，便可還原出原調(diào)制信號(hào)。

1.鑒頻方法

休息1休息2頻率—相位線(xiàn)性變換網(wǎng)絡(luò)

相位檢波器uFMuFM-PMuΩ相乘器低通濾波器uFMuΩ90o移相網(wǎng)絡(luò)第四種方法，先將調(diào)頻波通過(guò)非線(xiàn)性變換網(wǎng)絡(luò)，變換為調(diào)頻脈沖序列，該脈沖序列含有反映該調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率變化的平均分量，因而通過(guò)低通濾波器便可得到反映平均分量變化的解調(diào)電壓。也可將調(diào)頻脈沖序列通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)器，直接得到反映瞬時(shí)頻率變化的解調(diào)電壓。將這種鑒頻器稱(chēng)為脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。

非線(xiàn)性變換網(wǎng)絡(luò)低通濾波器或脈沖計(jì)數(shù)器uFM調(diào)頻脈沖序列uΩ2.鑒頻器的主要特性

休息1休息2能全面描述鑒頻器主要特性的是鑒頻特性曲線(xiàn)。它是指鑒頻器的輸出電壓uo(t)，與其輸入FM信號(hào)瞬時(shí)頻偏Δω(t)或Δf(t)之間的關(guān)系曲線(xiàn)

foΔfuo(t)Bm鑒頻器Δf(t)uo(t)或：

由調(diào)頻信號(hào)的特征：所以：表明：要實(shí)現(xiàn)無(wú)失真鑒頻，要求鑒頻器的輸出電壓 與頻偏成線(xiàn)性關(guān)系，上圖為典型鑒頻特性曲線(xiàn)。

（1）定義：鑒頻跨導(dǎo)

表明了鑒頻特性曲線(xiàn)在原點(diǎn)（ ）處的斜率，反映了鑒頻靈敏度。顯然希望SD值應(yīng)盡可能的大。

對(duì)鑒頻特性曲線(xiàn)的主要要求：（2）鑒頻器的峰值頻帶寬度Bmax，要求Bmax應(yīng)大于輸入FM波最大頻偏擺動(dòng)范圍 。

Bm≥2Δfm

最簡(jiǎn)單的頻—幅變換電路就是并聯(lián)諧振回路，其工作特點(diǎn)：例1：失調(diào)單回路振幅鑒頻器FM信號(hào)工作在并聯(lián)諧振回路的失諧區(qū)，即（ ），當(dāng)FM波電流流過(guò)回路時(shí)，由于瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化，對(duì)于不同的瞬時(shí)頻偏，失諧回路阻抗不同，回路輸出電壓 振幅將隨瞬時(shí)頻偏 的變化而變化，即可完成 變換。

f

ofp利用失調(diào)回路中幅頻特性曲線(xiàn)的傾斜部分來(lái)實(shí)現(xiàn)鑒頻，解調(diào)后失真較大，是一種原始類(lèi)型的鑒頻器，現(xiàn)在已很少采用，但它對(duì)理解振幅鑒頻器對(duì)FM波的解調(diào)有很直觀的意義。仿真fpiu