直接調(diào)頻電路

直接調(diào)頻電路第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日（變?nèi)荻O管結(jié)電容隨外加電壓的變化特性動(dòng)畫）第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日當(dāng)加到變?nèi)莨軆啥说碾妷?/p>

時(shí)的結(jié)電容；

n：變?nèi)莨艿淖內(nèi)葜笖?shù)，與PN結(jié)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，其值為。

為了保證變?nèi)莨茉谡{(diào)制信號電壓變化范圍內(nèi)保持反偏，必須外加反偏工作點(diǎn)電壓所以加在變?nèi)莨苌系目傠妷簽榍业谌摚踩唔摚?022年，8月28日當(dāng)

時(shí)，

式中

時(shí)變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容，即靜態(tài)工作點(diǎn)處的結(jié)電容，其中為加在變?nèi)莨軆啥说碾妷海?/p>

）表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。

第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日

圖5.3.2（a）所示電路為LC正弦波振蕩器中的諧振回路。

二、變?nèi)荻O管作為振蕩回路總電容的直接調(diào)頻電路為高頻扼流圈，對高頻感抗很大，接近開路，而對直流和調(diào)制頻率則接近短路；是高頻濾波電容，對高頻容抗很小接近短路，而對調(diào)制頻率的容抗很大，接近開路。和

為隔直流電容，作用是保證

能有效地加接近短路，而對調(diào)制頻率接近開路。到變?nèi)莨苌?，而不被L短路，因此要求對高頻1、各元件的作用：第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、高頻等效電路（b）圖所示為等效電路。

為變?nèi)荻O管的結(jié)電容。3、變?nèi)荻O管的控制電路圖（c）為變?nèi)荻O管的控制電路。

結(jié)電容不受振蕩回路的影響。圖5.3.2變?nèi)荻O管作為回路總電容的直接調(diào)頻原理電路的作用使第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日等效電容，在單頻調(diào)制信號

的作用下4、調(diào)頻原理分析

由于振蕩回路中僅包含一個(gè)電感L和一個(gè)變?nèi)荻O管回路振蕩角頻率，即調(diào)頻特性方程為為式中

時(shí)的振蕩角頻率，即調(diào)頻電路中心角頻率（載波角頻率），其值由控制。

第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日由上式可以看出，當(dāng)變?nèi)荻O管變?nèi)葜笖?shù)n=2時(shí)角頻偏實(shí)現(xiàn)了線性調(diào)頻。當(dāng)時(shí)，若

足夠小，稱為歸一化調(diào)制信號電壓，則調(diào)頻特性方程可以改寫為：

令第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日由于x<1，式中三次方以上的項(xiàng)可以忽略，并將代入，可近似為

將上式展開為泰勒級數(shù)，得到第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日最大線性角頻偏

或相對最大線性角頻偏

調(diào)頻靈敏度

由該式可得到調(diào)頻波的線性角頻偏為：第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日二次諧波失真分量的最大角頻偏

中心頻率偏離量

相應(yīng)地，調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為中心角頻率的相對偏離值第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日

通過上面的分析知：當(dāng)n一定，即變?nèi)莨苓x定后，相對最大線性角頻偏與m成正比。增大可以增大，但同時(shí)也增大了非線性失真系數(shù)和中心角頻率的相對偏離值。

或者說，調(diào)頻波能夠達(dá)到的最大相對角頻偏受非線性失真和中心頻率相對偏離值的限制。

成正比是直接調(diào)頻電路的一個(gè)重要特性?？梢栽龃笳{(diào)頻波的最大角頻偏調(diào)頻波的相對角頻偏與m成正比，也即與當(dāng)m選定，即調(diào)頻波的相對角頻偏一定時(shí)，提高第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日

在實(shí)際調(diào)頻電路中，加在變?nèi)荻O管上的電壓不僅有壓，如圖5.3.3中虛線所示。高頻電壓不僅影響振蕩頻率隨調(diào)制電壓的變化規(guī)律，而且還影響振蕩幅度和頻率穩(wěn)定度等性能，在實(shí)際電路中總是力求減小加到變?nèi)莨苌系母哳l電壓。，還疊加有振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩電和圖5.3.3變?nèi)荻O管結(jié)電容隨高頻電壓變化的特性第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日三、變?nèi)荻O管作為振蕩回路部分電容的直接調(diào)頻電路

為了提高直接調(diào)頻電路中心頻率的穩(wěn)定性和調(diào)制線性，在直接調(diào)頻的LC正弦振蕩電路中，一般都采用圖5.3.4所示的變?nèi)莨懿糠纸尤氲恼袷幓芈贰D中回路總電容為將式代入，可以得到單頻率調(diào)制時(shí)，回路總電容隨變化關(guān)系為第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日

很明顯，由于變?nèi)莨軆H是回路總電容的一部分，因而調(diào)制信號對振蕩頻率的調(diào)變能力必將比變?nèi)莨苋拷尤胝袷幓芈窌r(shí)小，故實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻，必須選用n大于2的變?nèi)莨埽瑫r(shí)還應(yīng)正確選擇C1和C2的大小。

在實(shí)際電路中，一般C2取值較大，約幾十皮法至幾百皮法，而C1取值較小，約為幾皮法至幾十皮法。第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日C1和C2對調(diào)制特性的影響，如圖5.3.5所示。

圖5.3.5電容、對調(diào)頻電路調(diào)制特性的影響的接入主要改善低頻區(qū)的調(diào)制特性曲線。如圖（a）中曲線②、③所示。

的接入主要改善高頻區(qū)的調(diào)制特性曲線。如圖（b）中曲線②、③所示。

第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日當(dāng)、確定后，根據(jù)調(diào)制特性方程可以求出變?nèi)莨懿糠纸尤霑r(shí)直接調(diào)頻電路提供的最大角頻偏為式中其中第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日調(diào)頻靈敏度調(diào)頻靈敏度

比變?nèi)莨苋拷尤霑r(shí)的直接調(diào)頻電路減小了p倍。雖然調(diào)制靈敏度和最大角頻偏減小了p倍，但因溫度等因素的變化引起不穩(wěn)定而造成的載波頻率的變化也同樣減小到1/p，即載波頻率的穩(wěn)定性提高了p倍。同時(shí)，加到變?nèi)莨苌系母哳l振蕩電壓振幅也相應(yīng)減小，這對于減小調(diào)制失真非常有利。第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日四、電路實(shí)例分析圖5.3.6140MHz的變?nèi)莨茏骰芈房傠娙莸闹苯诱{(diào)頻電路

圖5.3.6（a）是中心頻率為140MHz的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路，用在衛(wèi)星通信地面站調(diào)頻發(fā)射機(jī)中。第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日

調(diào)頻電路的高頻通路、變?nèi)莨艿闹绷魍泛鸵纛l控制電路分別如圖(b)、(c)、(d)所示。

注意：畫高頻通路時(shí)，忽略了接在集電極上的75Ω小電阻。畫音頻控制通路時(shí)，忽略了直流通路中的各個(gè)電阻。由圖(b)高頻通路知，這是一個(gè)變?nèi)荻O管作回路總電容的直接調(diào)頻電路。第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日

圖5.3.7所示是中心頻率為90MHz變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路。

圖5.3.790MHz的變?nèi)莨茏骰芈凡糠蛛娙莸闹苯诱{(diào)頻電路實(shí)際調(diào)頻電路等效電路分析動(dòng)畫）第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日

圖5.3.8所示電路是某通信機(jī)中的變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路。該電路的構(gòu)成中有一個(gè)特點(diǎn)，它用了兩個(gè)對接的變?nèi)荻O管。

圖5.3.8某通信機(jī)中的變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日圖5.3.9(a)是一個(gè)電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機(jī)實(shí)例。

電容話筒在聲波作用下，內(nèi)部的金屬薄膜產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)引起薄膜與另一電極之間電容量的變化。如果把電容式話筒直接接到振蕩器的諧振回路中，作為回路電抗就可構(gòu)成調(diào)頻電路。圖5.3.9電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機(jī)第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日

電容式話筒振蕩器是電容三點(diǎn)式電路，它利用了晶體管的極間電容。電容話筒直接并聯(lián)在振蕩回路兩端，用聲波直接進(jìn)行調(diào)頻。圖5.3.9（b）是電容式話筒的原理圖，金屬膜片與金屬板之間形成電容，聲音使膜片振動(dòng)，兩片間距隨聲音強(qiáng)弱而變化，因而電容量也隨聲音強(qiáng)弱而變化。在正常聲壓下，電容量變化較小，為獲得足夠的頻偏應(yīng)選擇較高的載頻。第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日

這種調(diào)頻發(fā)射機(jī)載頻約在幾十兆赫茲到幾百兆赫茲之間。耳語時(shí)，頻偏約有2kHz；大聲說話時(shí)，頻偏約40kHz左右；高聲呼喊時(shí)，頻偏可達(dá)75kHz。這種電路沒有音頻放大器所造成的非線性失真，易于獲得較好的音質(zhì)。這種調(diào)頻發(fā)射機(jī)只有一級振蕩器，輸出功率小，頻率穩(wěn)定度差，但體積小，重量輕。

第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日5.3.2晶體振蕩器直接調(diào)頻為了進(jìn)一步提高頻率穩(wěn)定度，可采用變?nèi)荻O管晶體直接調(diào)頻電路。圖5.3.10是由變?nèi)莨芫w直接調(diào)頻振蕩電路組成的無線話筒發(fā)射機(jī)。圖5.3.10變?nèi)荻O管晶體直接調(diào)頻振蕩電路第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日

圖中晶體管T2的集電極回路調(diào)諧在晶體振蕩器的三次諧波100MHz上，因此該回路在晶體振蕩頻率處可視為短路。電路為并聯(lián)型石英晶體振蕩器。話音信號由T1放大后加到變?nèi)莨苌蠈?shí)現(xiàn)了調(diào)頻。由于達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的振蕩器工作于非線性狀態(tài)，所以T2的集電極電流中含有豐富的諧波，其三次諧波由集電極回路選中，通過天線輸出，完成了載頻的三倍頻功能，頻偏也擴(kuò)大了三倍。第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日

射極耦合的調(diào)頻方波發(fā)生器，電路如圖5.3.11，該電路產(chǎn)生調(diào)頻方波信號。輸出的對稱方波電壓的頻率為一、張弛振蕩器直接調(diào)頻電路1、原理電路※張弛振蕩器電路實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日當(dāng)受調(diào)制電壓的線性控制時(shí)，可以得到不失真的調(diào)射極耦合的調(diào)頻方波發(fā)生器，該電路產(chǎn)生的輸出調(diào)頻方波信號波形如圖5.3.12所示。輸出對稱方波電壓的頻率為調(diào)頻方波。頻率取決于電路中的充放電速度，若用調(diào)制信號去控制電容的充放電電流，就可控制張弛振蕩器的重復(fù)頻率。張弛振蕩器的振蕩第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、調(diào)頻非正弦波轉(zhuǎn)換為調(diào)頻正弦波1、傅立葉級數(shù)展開法

將非正弦調(diào)頻波進(jìn)行傅立葉級數(shù)展開后，再通過中心頻率為的帶通濾波器，即可取出中心頻率為的正弦調(diào)頻信號。

如圖5.3.12c所示的調(diào)頻方波。若設(shè)表示角頻率為的雙向開關(guān)函數(shù)。按這種原理工作的直接調(diào)頻電路有調(diào)頻方波發(fā)生器，調(diào)頻三角波發(fā)生器等，相應(yīng)產(chǎn)生的調(diào)頻波形是調(diào)頻方波、三角波等。第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日因此單音調(diào)制的調(diào)頻方波可表示為：

現(xiàn)令則可改寫為則由圖可見，未調(diào)制的載波信號電壓為：第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日將代入上式，可得調(diào)頻方波的傅立葉

上式表明，單音調(diào)制的調(diào)頻方波可以分解為無數(shù)個(gè)調(diào)頻正弦波之和，每個(gè)調(diào)頻波的載波角頻率為的奇數(shù)倍；相應(yīng)的調(diào)頻指數(shù)為的奇數(shù)倍。級數(shù)展開式為：第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日可見，載波角頻率越高的調(diào)頻波，它的調(diào)頻指數(shù)也越大，因此，占有的有效頻譜寬度也就越寬，近似估計(jì)時(shí)，其值為n=1,3,5

如果將調(diào)頻方波通過中心角頻率為

的帶通濾波器，就能取出n次諧波的調(diào)頻正弦波。

為了保證取出的調(diào)頻波不失真，除了要求帶通濾波器的帶寬以外，還要求相鄰兩調(diào)頻波的有效頻譜不重疊，如圖5.3.13所示。相鄰兩個(gè)奇數(shù)次第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日的正弦調(diào)頻波的有效頻帶寬度應(yīng)滿足例如三次諧波的正弦波調(diào)頻輸出電壓為第三十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、非線性變換網(wǎng)絡(luò)法

非線性變換網(wǎng)絡(luò)法可以將調(diào)頻三角波變換為調(diào)頻正弦波。例如，若某