調(diào)頻及解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試

275P6調(diào)頻及解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)能正確測(cè)量各類調(diào)頻器的根本特性，能正確記錄測(cè)量結(jié)果并對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述；能正確測(cè)量各類鑒頻器的根本特性，能正確記錄測(cè)量結(jié)果并對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述；能依據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)調(diào)頻放射機(jī)，并能進(jìn)展整機(jī)裝配與聯(lián)調(diào)；能依據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)調(diào)頻接收機(jī)，并能進(jìn)展整機(jī)裝配與聯(lián)調(diào)；能對(duì)電路中的故障現(xiàn)象進(jìn)展分析推斷并加以解決；了解調(diào)頻放射機(jī)的電路構(gòu)造、工作原理和電路中元器件的作用；理解調(diào)頻放射機(jī)的性能指標(biāo)及其物理意義；了解調(diào)頻接收機(jī)的電路構(gòu)造、工作原理和電路中元器件的作用；理解調(diào)頻接收機(jī)的性能指標(biāo)及其物理意義；工作任務(wù)調(diào)頻器根本特性的測(cè)試；鑒頻器根本特性的測(cè)試；調(diào)頻放射機(jī)的設(shè)計(jì)、調(diào)試與整機(jī)裝配；調(diào)頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)、調(diào)試與整機(jī)裝配；撰寫測(cè)試與設(shè)計(jì)報(bào)告；調(diào)相，統(tǒng)稱相位調(diào)制。在調(diào)頻或調(diào)相制中，載波的瞬時(shí)頻率或瞬時(shí)相位受調(diào)制信號(hào)的掌握，作周期性的變化，的振幅則保持不變，不受調(diào)制信號(hào)的影響。100MHz500Hz的調(diào)制信號(hào)調(diào)頻。假設(shè)調(diào)制信號(hào)強(qiáng)度為100MHz10000Hz(0.01MHz)，因而所得的調(diào)99.99MHz100.01MHz500次。假設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻1000Hz，強(qiáng)度不變，則調(diào)頻波的頻率變化仍是自99.99MHzl00.0lMHz，但變化100099.98MHz100.02MHz。由此可知，在調(diào)頻波中，調(diào)制信號(hào)的振幅由載波頻率的移動(dòng)范圍所示出，而調(diào)制信號(hào)的頻率則由載波頻率的移動(dòng)速率所示出。率”二字。但無(wú)論是調(diào)頻或調(diào)相，都會(huì)使載波的相角變化，因此二者可統(tǒng)稱為角度調(diào)制，或簡(jiǎn)稱為調(diào)角(anglemodulation)。信及遙測(cè)等；調(diào)相主要應(yīng)用于數(shù)字通信系統(tǒng)中的移相鍵控。然跟著變動(dòng)；反之，當(dāng)相位的變化速率有所變動(dòng)時(shí)，頻率也必定隨著變動(dòng)。因此，調(diào)頻波和調(diào)相波的根本性質(zhì)有很多一樣的地方。但調(diào)相制的缺點(diǎn)較多〔詳見(jiàn)后文，因此，在模擬系統(tǒng)中一般都是用調(diào)頻，或者先產(chǎn)生調(diào)相波，然后將調(diào)相波轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)頻波。調(diào)頻波的指標(biāo)主要有以下幾個(gè)：頻譜寬度調(diào)頻波的頻譜從理論上來(lái)說(shuō)，是無(wú)限寬的(詳見(jiàn)后文)，但實(shí)際上，假設(shè)略調(diào)頻與窄帶調(diào)頻兩大類，調(diào)頻播送多用寬帶凋頻，通信多用窄帶調(diào)頻。寄生調(diào)幅如上所述，調(diào)頻波應(yīng)當(dāng)是等幅波，但實(shí)際上在調(diào)頻過(guò)程中，往往引起不期望的振幅調(diào)制，這稱為寄生調(diào)幅，明顯，寄生調(diào)幅應(yīng)當(dāng)越小越好?？垢蓴_力量與調(diào)幅制相比，寬帶調(diào)頻的抗干擾力量要強(qiáng)得多。但在信號(hào)較弱時(shí)，則宜于承受窄帶調(diào)頻。由于調(diào)頻和調(diào)相有著親熱的關(guān)系，所以本工程著重爭(zhēng)論調(diào)頻而只略述調(diào)相。P6M1 調(diào)頻器根本特性的測(cè)試學(xué)習(xí)目標(biāo)能正確測(cè)量各類調(diào)頻器的根本特性；能正確記錄測(cè)量結(jié)果并能對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述。理解頻率調(diào)制的原理。理解調(diào)頻器的性能指標(biāo)及其物理意義。了解各類調(diào)頻電路的構(gòu)造、工作原理和電路中的元器件作用。工作任務(wù)調(diào)頻器根本特性的測(cè)試。讀一讀調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)角時(shí)，高額振蕩的頻率或相位是變化的。為此，首先需要建立瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的概念。瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)相位〔b〕瞬時(shí)頻率連續(xù)變化規(guī)律圖6.1 頻率連續(xù)變化的簡(jiǎn)諧振蕩所謂頻率，就是簡(jiǎn)諧振蕩每秒鐘重復(fù)的次數(shù)。觀看6.1(a)0<t<T和-T<t<0〔b〕瞬時(shí)頻率連續(xù)變化規(guī)律圖6.1 頻率連續(xù)變化的簡(jiǎn)諧振蕩

6.29單失諧回路斜6.2所示。圖中，設(shè)矢量長(zhǎng)度為Vm

，圍繞原點(diǎn)O反時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)，角速度為 。t=0時(shí)，矢量與實(shí)軸之間的夾角即初相角為；時(shí)t時(shí)，該夾角為

0。矢量在實(shí)軸上的投影為vtVm

〔6.1.1〕這是一個(gè)簡(jiǎn)諧振蕩，其瞬時(shí)相角t等于矢量在0t時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度與初始相角0tttdt

之和，即

〔6.1.2〕0 0式中，積分ttt是矢量從0到t時(shí)間間隔內(nèi)0所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。將上式邊微分得 圖6.2簡(jiǎn)諧振蕩的矢量表示t

dtdt

〔6.1.3〕上式說(shuō)明，瞬時(shí)頻率(即旋轉(zhuǎn)矢量的瞬時(shí)角速度)t等于瞬時(shí)相位對(duì)時(shí)間的變化率。式〔6.1.2〕和式〔6.1.3〕是角度調(diào)制中的兩個(gè)根本關(guān)系式。調(diào)頻波和調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式設(shè)調(diào)制信號(hào)為v t，載波振蕩(電壓或電流)為

Acost

〔6.1.4〕 依據(jù)定義，調(diào)頻時(shí)載波的瞬時(shí)頻率t隨v t 成線性變化，即t

kv

〔6.1.5〕式中，

0k

vf

是瞬時(shí)頻率相對(duì)于

的偏移，叫做瞬時(shí)t0 f 0t頻率偏移，簡(jiǎn)稱頻率偏移或頻移。頻移以 ttkv f

表示，即〔6.1.6〕 t

的最大值叫做最大頻移，以表示，即kf

v

max

〔6.1.7〕kf

是比例常數(shù)。它表示單位調(diào)制信號(hào)所引起的頻移，單位是rad/s·V。習(xí)慣上把最大頻移稱為頻偏frequencydeviatio。依據(jù)關(guān)系式〔6.1.2〕可以求出調(diào)頻波的瞬時(shí)相位為ttkv tt0 0 f上式中設(shè)積分常數(shù)0

0。

tk0 f

tv 〔6.1.8〕0 將式6.1.〕代入式6.1.，得atA

cos

tk

tv

tdt〔6.1.9〕t這就是由vt

0 t調(diào)制的調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

f 0 假設(shè)用v

〔6.1.4〕

t應(yīng)隨v

線性地變化，即

ttkv0 p

〔6.1.10〕式中，

t表示未調(diào)制時(shí)載波振蕩的相位；kv0 p

t表示瞬時(shí)相位中與調(diào)制信號(hào)成正比相移以t 表示，即

tkvp

〔6.1.11〕m的最大值叫做最大相移，或稱調(diào)制指數(shù)。調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)以

表示，即pm kp p

v t

max

〔6.1.12〕式中kp

是比例常數(shù)。它表示單位調(diào)制信號(hào)所引起的相移的大小，單位是rad/V。將式6.1.1〕代入式6.1.，得到調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式為atA0

cos

tkv0 p

〔6.1.13〕依據(jù)式6.1.，可以求出調(diào)相波的瞬時(shí)頻率為t

dtdtdv

k 0 p dt

〔6.1.14〕上式右邊其次項(xiàng)表示調(diào)相波的頻移，以 t表示，即p dv

t tp

k p dt

〔6.1.15〕同樣，對(duì)于調(diào)頻波，式〔6.1.8〕右邊其次項(xiàng)則表示調(diào)頻波的相移，以f

tktv

〔6.1.16〕

f f 0 t 的最大值即調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，以mf

表示。6.1中。從該表可以看出：無(wú)論是調(diào)頻還是調(diào)相，瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的變化與調(diào)制信號(hào)的積分成線性關(guān)系瞬時(shí)頻率變化與調(diào)制信號(hào)的微分成線性關(guān)系。vvtAcos00調(diào)頻 波調(diào)相 波tk v tdt數(shù)學(xué)表示式Acos0t0f0 Acostkv t00pdv瞬時(shí)頻率0kvfk0 p瞬時(shí)相位tktv tkvdt0f00p最大頻移最大頻移kfv tkdvtmaxpdtmax最大相移kftvtdtkpvt0maxmax6.3示出調(diào)頻波與調(diào)相波的區(qū)分6.1所示的諸式，率變化反映調(diào)制信號(hào)的波形，相位變化為它的積分．成為三角波形；在調(diào)相時(shí)．相位變化反沖調(diào)制信號(hào)〔a〕調(diào)頻 〔b〕調(diào)相假設(shè)調(diào)制信號(hào)為v

tV

6.3調(diào)頻與調(diào)相的比較cost，未調(diào)制時(shí)的載波頻率為

0，則依據(jù)式〔6.1.9〕可寫出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式為

atAf

cos

kVt f 0

sintAco0

tm0 f

sint 〔6.1.1〕依據(jù)式〔6.1.10〕可寫出調(diào)相波的數(shù)學(xué)示式為 atAcostkV costp 0 0 p Acos0

tm0

cost 〔6.1.1〕fp表示調(diào)相。以下同。從以上二式可知，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)為kVm f

〔6.1.19〕f 調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)為m kV

〔6.1.20〕p p將式6.1.〕應(yīng)用于式6.1.1，可求出調(diào)頻波的最大頻移為 kV

〔6.1.21〕f f 將式6.1.〕應(yīng)用于式6.1.1，可求出調(diào)相波的最大頻移為 kVp p

〔6.1.22〕由此可知，調(diào)頻波的最大頻移f

與調(diào)制頻率mf

則與成反比；調(diào)相波的最大頻移p

與成正比，最大相移mp

則與無(wú)關(guān)。這是兩種調(diào)制的根本區(qū)分。正是由于這一根本區(qū)分，調(diào)頻波的頻譜寬度對(duì)于不同的幾乎維持恒定，調(diào)相波的頻譜寬度則隨的不同而有猛烈變化。比照上列四式還可以看出：無(wú)論調(diào)頻還是調(diào)相，最大頻移與調(diào)制指數(shù)之間的關(guān)系都是m與m之間滿足以下關(guān)系：m 〔6.1.23〕或 fmF 〔6.1.24〕式中 f， F2 2綜上所述，調(diào)頻波中存在著三個(gè)有關(guān)頻率的概念：第一個(gè)是未調(diào)制時(shí)的中心載波頻率f；其次個(gè)是最大頻移f，它表示調(diào)制信號(hào)變化時(shí)，瞬時(shí)頻率偏離中心頻率的最大值；第0三個(gè)是調(diào)制信號(hào)頻率Ff0ff0f之間每秒鐘來(lái)回?fù)u擺的次數(shù)。F也表示瞬時(shí)相位在自己的最大值和最小值之間每秒鐘來(lái)回?fù)u擺的次數(shù)。調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜和頻帶寬度適用?，F(xiàn)在來(lái)求式〔6.1.17〕所表示的調(diào)頻信號(hào)的頻譜。A1。將式〔6.1.17〕開(kāi)放，得atf式中

0

cos

tcosm0 f

sin

tsinm0 f

sint

〔6.1.25〕cosmf和

sintJm0 f

2J m2n n1

cos2nt 〔6.1.26〕sinmf

sint

J m2n1

sin2n1t 〔6.1.27〕 n0這里n均取正整數(shù)。J

m 是以m為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)(Besselfunctionofn f f

J firstkind)，其數(shù)值均有表或曲線可查。圖6.4中畫出了 mn f

隨m變化的關(guān)系曲線。f6.4貝塞爾函數(shù)曲線將式6.1.2〕和式6.1.2〕代人式6.1.2，得atJmcos

t 載頻f 0f

J m

cos

m cos

t 第一對(duì)邊頻1f 0

1 f 0 J m cos2f 0

2tJ m cos2 2f 0

t 其次對(duì)邊頻J m3 f

cos

0

tJ m3 f

cos

0

t 第三對(duì)邊頻+? (6.1.28)從上式看出，由簡(jiǎn)諧信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻波，其頻譜具有以下特點(diǎn)：載頻重量上、下各有很多個(gè)邊頻重量，它們與載頻重量相隔都是調(diào)制頻率的整數(shù)倍。量相位相反。6.4mf

(圖6.5也說(shuō)明白這一點(diǎn))ma無(wú)關(guān)。從圖6.4所示曲線還可以看出，對(duì)于某些值，載頻或某邊頻振幅為零。利用這一現(xiàn)象可以測(cè)定調(diào)制指數(shù)m。f依據(jù)式(6.1.28)，可以計(jì)算調(diào)頻波的功率為PJ2m2J2mJ2mJ2m

(6.1.29)f 0 f 1 f 2 f m f依據(jù)貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，式(6.1.29)1，因此調(diào)頻前后平均功率沒(méi)有發(fā)生變化。但在調(diào)幅的狀況下，調(diào)幅波的平均功 m2率為1 a

m2，相對(duì)于調(diào)幅前的載波功率增加了 a

。而在調(diào)頻時(shí)， 2 2則只導(dǎo)致能量從載頻同邊頻重量轉(zhuǎn)移，總能量則未變。雖然調(diào)頻波的邊頻重量有很多多個(gè)，但是對(duì)于任一給定的m值，f高到肯定次數(shù)的邊頻重量其振幅已經(jīng)小到可以無(wú)視，以致濾除這些邊頻重量對(duì)調(diào)頻波形不會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。因此調(diào)頻信號(hào)的頻帶寬度實(shí)際上可以認(rèn)為是有限的。通常規(guī)定：但凡振幅小于未調(diào)制載波振幅的1％ 圖6.5簡(jiǎn)諧信號(hào)調(diào)頻時(shí)調(diào)頻波的頻譜圖〔F保持不變〕(10％，依據(jù)不同要求而定)的邊頻重量均可無(wú)視不計(jì)，保存下來(lái)的頻譜重量就確定了調(diào)頻波的頻帶寬度。假設(shè)將小于未調(diào)制載波振幅10％的邊頻重量略去不計(jì)，則頻譜寬度BW可由以下近似公式求出：BW2mf

1F (6.1.29)kV f由于 m f f F

BW2fF (6.1.30)依據(jù)f的不同，調(diào)頻制可分為寬帶與窄帶兩種。fF，亦即mf

1，因此BW2f (6.1.31)亦即寬帶調(diào)頻的頻譜寬度約等于頻率偏移f的兩倍。調(diào)頻播送中規(guī)定f75Hz。mf

1，因此

BW2F (6.1.32)亦即，窄帶調(diào)頓的頻譜寬度約等于調(diào)制頻率的兩倍。從以上的爭(zhēng)論知道，調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜構(gòu)造以及頻帶寬度與調(diào)制指數(shù)有親熱的關(guān)系?？偟囊?guī)律是：調(diào)制指數(shù)越大，應(yīng)當(dāng)考慮的邊頻重量的數(shù)目就越多，無(wú)論對(duì)于調(diào)頻還是mfF成反比．而調(diào)相波的調(diào)制指數(shù)mp

F無(wú)關(guān)。因此，它們的頻譜構(gòu)造、頻帶寬度與調(diào)制頻率之間的關(guān)系就互不一樣。對(duì)于調(diào)頻制來(lái)說(shuō)，由于mf

隨F的下降而增大，應(yīng)當(dāng)考慮的邊頻重量增多，但同時(shí)由于帶重量密集這兩種變化對(duì)于頻帶寬度的影響恰好是相反的，所以總的效果是使頻帶略微變窄。因此有時(shí)把調(diào)頻叫做恒定帶寬調(diào)制。6.1.1利用近似公式(6.1.30)計(jì)算以下三種狀況下調(diào)頻波的頻帶寬度：f=75kHz，F(xiàn)mf=75kHz，F(xiàn)mf=75kHz，F(xiàn)m解

=0.1kHz(Fm=1kHz=10kHz

為最高調(diào)制頻率)(1)BW=2(75+0.1)≈50kHz(2)BW=2(75+1)=152kHz(3)BW=2(75+10)=70kHz從上例可以看出，盡管調(diào)制頻率變化了100倍，但頻帶寬度變化卻格外小。對(duì)于調(diào)相制來(lái)說(shuō)，狀況即大不一樣。此時(shí)調(diào)制指數(shù)mp

與無(wú)關(guān)，它是恒定的，因而應(yīng)其頻帶的利用是不經(jīng)濟(jì)的，這正是模擬通信系統(tǒng)中調(diào)頻制要比調(diào)相制應(yīng)用得廣泛的主要原因。6.66.7分別說(shuō)明白調(diào)頻波和調(diào)相波的頻譜與調(diào)制頻率之間的關(guān)系。當(dāng)調(diào)制頻率1000Hz4000Hz6.6看出，調(diào)頻波頻帶寬度幾乎小變；而從圖6.7看出，調(diào)相波頻帶寬度近似地按比例增加。帶寬度都同樣地增大。對(duì)于調(diào)幅制來(lái)說(shuō)，設(shè)調(diào)制信號(hào)包含、1 2

、等頻率，則所產(chǎn)生的調(diào)幅波包含3

、1 、0 2

、3 1

、等頻3率單獨(dú)調(diào)幅后疊加而成。這時(shí)調(diào)幅波的頻譜構(gòu)造與基帶信號(hào)(調(diào)制信號(hào))頻譜構(gòu)造完全一樣，只是在頻率軸上搬移了一個(gè)位置，這就是線性調(diào)制。但是，對(duì)于調(diào)頻或調(diào)相制來(lái)說(shuō)，同時(shí)用幾個(gè)頻率調(diào)制所產(chǎn)生的結(jié)果卻不能看作是每一個(gè)調(diào)制頻率單獨(dú)調(diào)制所得頻率重量的線性疊為了說(shuō)明這一問(wèn)題，現(xiàn)在爭(zhēng)論只有兩個(gè)調(diào)制頻率與

的最簡(jiǎn)潔情形。即令u 1m

costU1

1 2cost2m 2

(6.1.33)t 0

kUf

costk1

Uf

cost2costcos

t (6.1.34)由式〔6.1.8〕得

0 1 1 2 2ttcostcos

0 0 1 1 2 2 to

1sint 11

2sin2t2tmsintmsin

t (6.1.35)o 1 1 2 2圖6.6 調(diào)頻波的頻譜 因此，調(diào)方程式 at AcostmsintmsintAcostcositcosit 0 Acostcositcosit0 0 1 1 2 2sinmsitsinmsitsi si sicostmtm1 1 2 2tmtm

sitcos0si1si1 si2 2m t m t1 1 2 2

(6.1.36)將式〔6.1.26〕與式〔6.1.27〕代入式(6.1.36)A1，則得

mcost 00 1 2 mJ m J mm

cos

tmJm

1J0

2

JmJm1JmJm

0 1 tJt

1J0

2co0

cosm m cos2 1 0 2 0 11 2

0

cos0

2

J2

2J0

1

m m2 2 0 1 0 2tmtm

JmJmcos1112JmJmcos

0 1 2JmJmcost1112 0 JmJmcost1122 0 1 2J m J m1 1 2 2

cos

2 t0 1 2

J2

11

2n

2 2 m J m2 1 1 2

0 2 1

J2

1J3

2sin02

m m2 1 3 2

0 1 2觀看式(6.1.37)可知，當(dāng)同時(shí)以兩個(gè)頻率

(6.1.37)與

m1 2載頻

，其振幅與

成正比；0 0 1

2 邊頻 n ，其振幅與J

m J

成正比；1

n102邊頻

，其振幅與J m J

成正比；0 2 0 1

附加邊頻(組合頻率)0p為任意整數(shù)。

p1

其振幅與J m J mn 1 p

n、由此可見(jiàn)的頻譜構(gòu)造除了包含單音調(diào)制時(shí)的邊頻重量外，還產(chǎn)生了組合頻率重量0

np1

等項(xiàng)，使頻譜構(gòu)造大為簡(jiǎn)單。初看起來(lái)，似乎整個(gè)頻帶寬度要制頻率作單音調(diào)制時(shí)的頻譜寬度公式(6.1.30)來(lái)估算。調(diào)頻的方法產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的電路叫做調(diào)頻器。對(duì)它有四個(gè)主要要求：(1)已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成比例地變化。這是根本要求。(2)未調(diào)制時(shí)的載波頻率，即已調(diào)波的中心頻率具有肯定的穩(wěn)定度(視應(yīng)用場(chǎng)合不同而有不同的要求)(3)(4)無(wú)寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。波。即由調(diào)相變調(diào)頻——間接調(diào)頻。直接調(diào)頻直接調(diào)頻原理振蕩瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律線性地轉(zhuǎn)變，都可以完成直接調(diào)頻的任務(wù)。LC打算。因此，只要能用調(diào)制信號(hào)去掌握回路的電感或電容，就能到達(dá)掌握振蕩頻率的目的。變?nèi)荻O管或反向偏置的半導(dǎo)體PN個(gè)線圈中的電流轉(zhuǎn)變時(shí)，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨之轉(zhuǎn)變，引起磁芯的磁導(dǎo)率轉(zhuǎn)變(當(dāng)工作在磁飽和狀態(tài)時(shí))，因而使主線圈的電感量轉(zhuǎn)變，于是振蕩頻率隨之產(chǎn)生變化。變?nèi)荻O管調(diào)頻變?nèi)荻O管調(diào)頻的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得較大的頻移(相對(duì)于間接調(diào)頻而言)，線路簡(jiǎn)潔，率微調(diào)系統(tǒng)中。一、根本原理變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化這一特性而制成的一種半導(dǎo)體二極管。它是一種電壓掌握可變電抗元件，其結(jié)電容C

與反向電壓uj

存在如下關(guān)系：CC j0 C

(6.1.38)j u 1URDC

是未施加反向偏置時(shí)的結(jié)電容，Uj0

uD

是所施加的反向偏置6.8(a)表示變?nèi)莨芙Y(jié)電容隨反向電壓變化的關(guān)系曲線。加到變?nèi)莨苌系姆聪螂妷?，包括直流偏壓U0

和調(diào)制信號(hào)電壓u

cost6.8(b)所示，即u t UR

U cost (6.1.39) 此處假定調(diào)制信號(hào)為單音頻簡(jiǎn)諧信號(hào)。結(jié)電容在u R6.8(c)所示。

的掌握下隨時(shí)間發(fā)生變化，如圖6.8用調(diào)制信號(hào)掌握變?nèi)荻O管結(jié)電容6.9所示，則振蕩化近似地與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。在圖6.9中，虛線左邊是典型的正弦波振蕩器，右邊是變?nèi)莨茈娐?。圖6.9 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路加到變?nèi)莨苌系姆聪蚱珘簽?/p>

u UR CC

Uu

U u 0

(6.1.40)式中，U0

U U是反向直流偏壓。CC6.9中，CLC回路之間的耦合電容，同時(shí)起到隔直流的作用；C為對(duì)c 1 1 L是高頻扼流圈，但讓調(diào)制信號(hào)通過(guò)。2二、電路分析為了求得t與u

t之間的定量關(guān)系，首先要找到振蕩回路電容的變化量Ct與之間的關(guān)系，然后依據(jù)u 之間的關(guān)系，然后依據(jù)

u 與之間的關(guān)系求出與的關(guān)系。 u C與之間的關(guān)系求出與的關(guān)系。首先來(lái)爭(zhēng)論

與tu tu

的關(guān)系圖6.10是圖6.9振蕩回路的等效電路圖中 表示j的變?nèi)荻O管電容。R當(dāng)調(diào)制信號(hào)u

0 時(shí)，變?nèi)荻O管結(jié)電容為常數(shù)C，0它對(duì)應(yīng)于反向直流偏置電壓U 的結(jié)電容，如圖6.8所示。0依據(jù)式(6.1.38)，得CC j0 C0o1U 0o

(6.1.41)6.10振蕩回路的等效電路UD這時(shí)，振蕩回路總電容為CC CcC0

C Cc

(6.1.42)1 C Cc

0c1 1CC0c0當(dāng)調(diào)制信號(hào)為單音頻簡(jiǎn)諧信號(hào)u t U

cost變?nèi)荻O管結(jié)電容隨時(shí)間變化，如圖6.8(c)所示。依據(jù)式(6.1.38)，可以得到這時(shí)的結(jié)電容為CC j0 j1U0j

U cost UDC j0

〔6.1.43〕U U U D 01 costU U UD D 0U(6.1.41代人式6.1.4，并令Um 〔6.1.44〕U UD 0這里的m稱為調(diào)制深度(modulationdepth)。于是，式〔6.1.43〕可化為C Cj

1mcost

〔6.1.45〕這樣，得到受調(diào)制時(shí)的總電容CC C CC”C

c j C

c C

c 〔6.1.46〕1 CCc j

1 1CCcjc

1 1CCc0c

6.1.4〔6.1.4，可以求出由調(diào)制信號(hào)所引起的振蕩回路總電容變化量：Ct

C”C Cc

Cc 〔6.1.47〕1CcC

1CcC從上式看出，

0中與時(shí)間有關(guān)的局部是

0。將其在mcost0四周開(kāi)放成泰勒級(jí)數(shù)，得1mcost

1mcost

1m2cos2t12m3cos3t2 6〔6.1.48〕由于通常m<lm越小，級(jí)數(shù)收斂越快。因此，可用少數(shù)幾項(xiàng)例如用前四項(xiàng)來(lái)近似地表示函數(shù)1mcost。同時(shí)，將三角恒等式cos2t

23 1代入近似式，經(jīng)整理后，得

cos3t cost 4 41mcost

1

1m241m82m2cost81m2cos2t412m2cost 6.1.4〕24令40A1m240A1m82m21 8A 1m2 〔6.1.5〕2 4并令

A242m31313m,

AA0

costA2

cos2tA3

cos3t 〔6.1.51〕則式〔6.1.49〕可以寫成

1m, 〔6.1.52〕函數(shù)m,的各項(xiàng)系數(shù)與m及6.2列出了一些典型數(shù)據(jù)6.2函數(shù)m,各項(xiàng)系數(shù)值系數(shù)系數(shù)一般形式1213A01m21m21m2A181m82m241618116m834m2241m8109m2A214m2116m21185m2A32412m3641m3324m3m0.5m1系數(shù)12131213A0A0A2A3-0.0156-0.01385-0.0625-0.0560.25620.17450.5470.38-0.0156-0.01385-0.0625-0.0560.0020.001930.01560.0154將式6.1.5〕帶入式6.1.4，得Ct

C CccC Ccc1 cC

1m,

1 cC0 0cC2 cC0 C0

C C

〔6.1.53〕cC0

cm,C0

1Cc通常以下條件是成立的〔參看表6.2的數(shù)據(jù)：CcC0所以，式〔6.1.53〕可近似寫成

m,1CcC0C2cCt C0 CC1 C

2

m, 〔6.1.54〕0 〔6.1.54〕說(shuō)明振蕩回路電容的變化量Ct與調(diào)制信號(hào)[表達(dá)在函數(shù)m,

中]之間的近似關(guān)系。

以上我們知道了Ct

與u

的關(guān)系，接著我們?cè)賮?lái)看Ct

將引起振蕩頻率發(fā)生多Cff

1 f2 LC求2 LC可以得到如下關(guān)系式：

f1C 〔6.1.55〕f 2C0f0

C是調(diào)制信號(hào)為零時(shí)的回路總電容。由于CC很小，所以f f 亦很小，即屬于小頻偏調(diào)頻的狀況。0 C隨調(diào)制信號(hào)變化，因而也f隨之變化，以ft表示。將式〔6.1.54〕代入式6.1.5，得 C 2C f C 20

m,

〔6.1.56〕C0 c 0C cpCCc令 cKp2

0 〔6.1.57〕C C20 C這里，p是變?nèi)荻O管與振蕩回路之間的接入系數(shù)。將式6.1.5〕6..5〕代入式6.1.5〕得 ft

Kf0

AA0

costA2

cos2tA3

cos3t

〔6.1.58〕該式說(shuō)明，瞬時(shí)頻率的變化中，含有：與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系的成分，其最大頻移為1 f KAf1 10

8

1

m2Kf0

〔6.1.59〕與調(diào)制信號(hào)的二次、三次諧波成線性關(guān)系的成分，其最大頻移分別為f KAf2 20f KAf3 30

1m2Kf4 012m3Kf24

〔6.1.60〕〔6.1.61〕中心頻率相對(duì)于未調(diào)制時(shí)的載波頻率產(chǎn)生的偏移為f KAf0 00

1m2Kf4

〔6.1.62〕f是調(diào)頻時(shí)所需要的頻偏。f1

是引起中心頻率不穩(wěn)定的一種因素。f2

和f3

是頻率2m2m182m2ff21A2ff21A2A12112m2812m23

〔6.1.63〕ff31A3ff31A3A13

〔6.1.64〕總的非線性失真系數(shù)為k

〔6.1.65〕k2k2k22 32

和f3

k和k2 3

定度盡量少受變?nèi)荻O管的影響，就應(yīng)盡可能減小f。從式〔6.1.59〕至式〔6.1.65〕諸式0可以看出，假設(shè)選取較小的m值(U

較小，或者說(shuō)變?nèi)荻O管應(yīng)用于C uj R

曲線比較窄的范圍內(nèi)f1也同時(shí)減小。為了兼顧頻偏f從以上各式還可看出，假設(shè)選取1從以上各式還可看出，假設(shè)選取

和非線性失真的要求，常取m0.5。，則二次、三次非線性失真系數(shù)以及中心頻率偏移1，則二次、三次非線性失真系數(shù)以及中心頻率偏移1〔6.1.47〕可以看出，Ct與u

Ct CcC C

Cc

〔6.1.66〕1 cC mcost 1CcC C0 0 0C C當(dāng)cmcost1 c時(shí)，上式近似為C C0 0cC2cCt C0

mcost 〔6.1.67〕

C21Cc0 這就是說(shuō)，Ct〔6.1.55〕Ct很小，f亦與C成正比例關(guān)系，同樣得出f與u

需要強(qiáng)調(diào)指出，以上爭(zhēng)論的是C相對(duì)于回路總電容C很小(即頻偏很小)的狀況。假設(shè)C比較大，這時(shí)式〔6.1.55〕不再成立，所以最終得出的結(jié)論將與上面有所不同。經(jīng)過(guò)分析可以得到如下結(jié)論：對(duì)圖6.10所示的振蕩回路，在小頻偏狀況，選擇1的變?nèi)荻O管即可近似地實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻；而在大頻偏狀況〔此時(shí)須假定變?nèi)莨茈娙轂檎袷幓芈房傠娙荼匦柽x擇2的超突變結(jié)變?nèi)荻O管，才能使調(diào)制具有良好的線性。6.1.2f0

50MHz5C30pF，選用變?nèi)荻O管2CClC，它的靜態(tài)直流工作電壓V0

4V，靜態(tài)點(diǎn)的電容C0

75pF。設(shè)p0.2，要求最大頻移為f1

75kHz1Us

500mV。試估算中心頻率偏移和非線性失真。解由式〔6.1.57〕求得Kp2由式〔6.1.59〕求得

C 75 0.22 0.05 2C 230ffA 11 Kf0

75103 0.030.05501062CCIC為突變結(jié)變?nèi)荻O管，1

10.4.1，當(dāng)1

A為考慮到

2 2 1 1 A m m21 16 4 3m284所以 m2A1

20.030.066.2可以得到：1 1A m2 0.0622.2510410 16 1611 A m22.251042 161 A m3 0.0633.381063 64 64依據(jù)式〔6.1.62〕至式〔6.1.64〕諸式，可求得：f KAf2 20f KAf

0.052.2510450106Hz562.5Hz0.053.3810650106Hz8.45Hz3中心頻率偏移f0

30KAf00

0.052.2510450106Hz562.5Hzff21依據(jù)式6.1.6〕及式ff21562.5k 0.00752 75103fff31k 3

105

8.45105k2kk2k32 22

0.75%計(jì)算所需調(diào)制電壓幅度，依據(jù)式6.1.4求得U mU V D 0通常勢(shì)壘電勢(shì)U

比U 小很多，可以無(wú)視，所以D 0U mU 0

0.0640.24VU因而能滿足調(diào)制靈敏度高的要求。6.11(a)90MHz率上，0.001F和1000pF的電容叫認(rèn)為近似短路，47H的扼流圈則近似開(kāi)路，因而可畫出高頻等效電路如圖6.11〔b〕所示。(a)直接調(diào)頻電路(a)直接調(diào)頻電路(b)高頻通路304由圖可見(jiàn)，它是變?nèi)莨芫植拷尤氲碾娙萑耸秸袷庪娐?，其中L、C、C、C、C組成3 4 5 1-9V56kΩ22kΩΩV(t)47F47H高頻扼流圈加到變?nèi)莨埽?6kΩ22kΩ的并接電阻通地。Ω做一做工程：調(diào)頻器根本特性的測(cè)試工程編號(hào)：SPC6-1任務(wù)要求：按測(cè)試程序要求完成全部測(cè)試內(nèi)容，并撰寫測(cè)試報(bào)告〔A。1臺(tái)，低頻信號(hào)發(fā)生器XD－216.12所示為直接調(diào)頻形式的調(diào)頻器電路。圖中，VCC=+12V，各器件參直流電壓〔由直流穩(wěn)壓源供給〕用于掌握振蕩器的中心頻率，從輸入端〔TP501〕輸入一個(gè)IKHz的低頻信號(hào)，作為調(diào)制信號(hào)，則用示波器可從輸出端〔測(cè)試點(diǎn)TP502〕觀看到調(diào)頻信號(hào)。L503L503+12VR501C5051mhC50647kR504100473 CE50110U473CE50210UC504C501Q5011049018D501BB910D503104BB910L5010.22UHR502 C50247kCE50336010u/16VC50320R5031TP501L5021mHD502 D504BB910100TP502BB9100~12V DC圖6.12變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻器的電路測(cè)試程序：6.12接好電路，接入電源VCC=12V；保持上述步驟，調(diào)整可調(diào)直流電壓，同時(shí)用示波器上觀看輸出端的波形，讀出波形參數(shù)，并填寫下表：直流電壓2345直流電壓2345678〔V〕輸出信號(hào)幅度〔V〕輸出信號(hào)保持上述步驟，輸入一個(gè)頻率為1kHz500mV的調(diào)制信號(hào)，從示波器上可觀看到連續(xù)記錄波形并測(cè)量其頻譜并填寫下表：調(diào)制信號(hào)0.10.30.40.50.60.81.0幅度〔調(diào)制信號(hào)0.10.30.40.50.60.81.0幅度〔V〕頻穩(wěn)度輸出信號(hào)頻偏〔V〕調(diào)制度輸出信號(hào)輸出信號(hào)調(diào)制信號(hào)頻率〔KHz〕0.30.50.7調(diào)制信號(hào)頻率〔KHz〕0.30.50.71.03.010.020.0頻穩(wěn)度輸出信號(hào)頻偏〔V〕調(diào)制度輸出信號(hào)結(jié)論：使振蕩器中打算振蕩頻率的某個(gè)電抗元件的電抗值隨著 信號(hào)的變化而轉(zhuǎn)變，從而使振蕩頻率線性地轉(zhuǎn)變，這種調(diào)制方式屬于 〔調(diào)幅/直接調(diào)頻/間接調(diào)頻。變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻器的輸出信號(hào)調(diào)頻波的中心頻率可由 〔變?nèi)莨艿闹绷髌秒妷?調(diào)制信號(hào)幅度〕進(jìn)展小范圍調(diào)整。施加調(diào)制信號(hào)后，中心頻率的穩(wěn)定度〔會(huì)/不會(huì)〕受到肯定程度的影響。調(diào)頻信號(hào)的頻偏受 〔調(diào)制信號(hào)幅度/調(diào)制信號(hào)頻率/調(diào)制信號(hào)幅度和頻率影響調(diào)制度受 〔調(diào)制信號(hào)幅度/調(diào)制信號(hào)頻率/調(diào)制信號(hào)幅度和頻率〕影響，帶寬受〔調(diào)制信號(hào)幅度/調(diào)制信號(hào)頻率/調(diào)制信號(hào)幅度和頻率〕影響。做一做【力量拓展】工程：調(diào)頻器根本特性的仿真測(cè)試工程編號(hào)：SPF6-1〔格式要求見(jiàn)附錄A1臺(tái)，Multisim1套。6.13所示。6.13測(cè)試程序：〔略，類同工程SPC6-1〕讀一讀直接調(diào)頻的主要優(yōu)點(diǎn)是可以獲得較大的頻偏，但是中心頻率的穩(wěn)定性(主要是長(zhǎng)期穩(wěn)定88～108MHz對(duì)穩(wěn)定度不劣于±2kHz100MHz，這就意味著其相對(duì)頻率穩(wěn)定度不劣于2×lO-5。這種穩(wěn)定度要求，前述幾種直接調(diào)頻方法都無(wú)法到達(dá)。目前，穩(wěn)定中心頻率常承受以下三種方法：1)對(duì)石英晶體振蕩器進(jìn)展直接調(diào)頻；2)承受自動(dòng)頻率掌握電路；3)利用鎖相環(huán)路穩(wěn)頻。我們著重介紹第一種方法。晶體振蕩器直接調(diào)頻用變?nèi)荻O管掌握后一種晶體振蕩器的振蕩頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。串聯(lián)諧振頻率f發(fā)生變化，從而引起石英晶體的等效電抗的大小變化．如圖6.14(a)所示。q率發(fā)生變化，這也會(huì)引起晶體的等效電抗的大小發(fā)生變化，如圖6.14(b)所示，該圖是電納曲線?？傊?，假設(shè)用調(diào)制信號(hào)掌握變?nèi)荻O管的結(jié)電容，由于石英晶體的等效電抗(我們應(yīng)qfqfp之間的感抗X，即獲得了調(diào)頻信號(hào)，但所產(chǎn)生的最大相對(duì)頻移很小，約只有10-4數(shù)量級(jí)。q6.14變?nèi)莨芘c晶體的兩種聯(lián)接方式及其電抗曲線變?nèi)荻O管與晶體并聯(lián)聯(lián)接方式有一個(gè)較大的缺點(diǎn)地影響調(diào)頻信號(hào)中心頻率的穩(wěn)定度C C 1 26.15晶體振蕩器直接調(diào)頻電路變?nèi)莨芙M成皮爾斯振蕩電路；L1、L2L3為高頻扼流圈；R1、R2與R3是振蕩管的偏置電路；C6.15晶體振蕩器直接調(diào)頻電路6.16100MHz無(wú)線話筒中的放射機(jī)。圖中，T2管接成皮爾斯晶體振蕩電路，并由變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻。T2管集電極上的諧振回路調(diào)諧在晶體振蕩頻率的三次諧波上，完成三倍頻功能。T1管為音頻放2.2H的高頻扼流圈加到變?nèi)莨苌稀Ｍ瑫r(shí)T的電1源電壓也通過(guò)2.2H高頻扼流圈加到變?nèi)莨苌?，作為變?nèi)莨艿钠秒妷骸D6.16 晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路 lO-610-5數(shù)量級(jí)。間接調(diào)頻間接調(diào)頻原理由可以看出用調(diào)制信號(hào)u 對(duì)載波調(diào)頻時(shí)其相移與u 成積分 關(guān)系，即 f

tu0

(6.1.68)這就啟發(fā)我們，假設(shè)將ut積分后，再對(duì)載波調(diào)相，則由式6.1.1，所得到的調(diào)相信號(hào)是a

tkk tu (6.1.69)

P 0

p f 0 與式〔6.1.9〕一樣。所以，實(shí)際上這就是用作為調(diào)制信號(hào)的調(diào)頻波。間接調(diào)頻正是依據(jù)上述原理提出來(lái)的，其原理性方框圖如圖6.17所示。這樣，就可以承受頻率穩(wěn)定度很高的振蕩器(例如石英晶體振蕩器)作為載波振蕩器，然后在它的后級(jí)進(jìn)展調(diào)相，因而調(diào)頻波的中主振器送來(lái)的載波進(jìn)展調(diào)相,等效于用調(diào)制信號(hào)進(jìn)展調(diào)頻，這就是間接調(diào)頻的理論根底。明顯，這時(shí)中心頻率的穩(wěn)定度就等于主振器的頻率穩(wěn)定度。調(diào)相不僅是間接調(diào)頻的根底應(yīng)用，下面我們介紹幾種常用的調(diào)相方法。6.17借助于調(diào)相器得到調(diào)頻波調(diào)相的方法調(diào)相方法通常有三類：一類是用調(diào)制信號(hào)掌握諧振回路或移相網(wǎng)絡(luò)的電抗或電阻元件一、諧振回路或移相網(wǎng)絡(luò)的調(diào)相方法●利用諧振回路調(diào)相主振器之后的放大器(其間一般尚有緩沖級(jí))，其輸入信號(hào)即載波振蕩的角頻率是固定V(t)Vf(t)掌握下變化了△C，且△CV

(t)成線性關(guān)系，即Ω ΩcΩCKVcΩ假設(shè)

(t)KV

ΩcΩf(t) (6.1.70)cC1C0C是回路初始電容，則回路相對(duì)失諧為01C (6.1.71)0 2C0由于回路失諧，輸出電壓便產(chǎn)生一個(gè)附加的相位移arctan2Q

(6.1.72)假設(shè)6

，則上式可近似寫為

02Q

(6.1.73)0將式(6.1.70)與式(6.1.71)代入上式，即得QkcVΩf(t) (6.1.74)C0上式說(shuō)明，在滿足φ≤π/6與△C／C0<<l兩個(gè)條件時(shí)，附加相移與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)π/6以下的最大相移，即最大調(diào)制指數(shù)為mmax

0.5rad (6.1.75)6假設(shè)用調(diào)制信號(hào)掌握回路電感，可以得到類似的結(jié)果。可控電抗可用變?nèi)荻O管來(lái)實(shí)現(xiàn)?！窭靡葡嗑W(wǎng)絡(luò)調(diào)相圖6.18所示是一個(gè)RC移相網(wǎng)絡(luò)，載波電壓i經(jīng)倒相器T，在集電極上得到-i，在放射極上得到i，于是加在移相網(wǎng)絡(luò)RC上的電壓為ABiii (6.1.76)圖6.19為矢量圖。輸出電壓o等于R與i的矢量和，它相對(duì)于i的相移為+。由矢量圖可以求出2arctanVCVR

2arctan

10CR

(6.1.77)φ≤π/6時(shí)，上式可近似為

2(6.1.78)0CRφ≤0.5rad時(shí)，φCRCR也成反比例關(guān)系，則φ與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，即能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)相。6.18RCRC移相網(wǎng)絡(luò)矢量圖由式(6.1.70PNCv近似成線j R性關(guān)系。因此，假設(shè)將調(diào)制信號(hào)加于變?nèi)荻O管，則可用變?nèi)荻O管代替圖6.18中的電容C。這就構(gòu)成了變?nèi)荻O管掌握移相網(wǎng)絡(luò)的電抗以實(shí)現(xiàn)調(diào)相的電路，如圖6.20所示。圖中，T1是倒相器，T0.015F2圖6.18所示阻容移相網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)例子。實(shí)際應(yīng)用中，移相網(wǎng)絡(luò)的形式是很多的，用可控電抗或可控電阻元件都能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)相。6.20●矢量合成調(diào)相法[阿姆斯特朗法(Armstrongmethod)]將調(diào)相波的一般數(shù)學(xué)表示式atA

cos

tkv

t開(kāi)放，并以A

，即得0 0 p p p0 0 p 0 p a(t)Acostcos[Av(t)]Asin[Av0 0 p 0 p pAp

v(t)

max

，則上式可近似寫成60 0 0 p a(t)AcostAAv(t)sin0 0 0 p 0 0 0 p 上式說(shuō)明，調(diào)相波在調(diào)制指數(shù)小于0.5rad時(shí)，可以認(rèn)為是由兩個(gè)信號(hào)疊加而成：一個(gè)Acost，另一個(gè)是載波被抑止的雙邊帶調(diào)幅波AAv(tsin0 0 0 p 相位差為/2。圖6.21是它們的矢量圖。圖中，矢量代表A0cos0t，代表0 p 0 AAvt)sint，代表。與相互垂直，的長(zhǎng)度受到0 p 0 Ω的長(zhǎng)度以及它與(或v(t代表一個(gè)調(diào)相調(diào)幅波。Ω寄生調(diào)幅可以用限幅的方法去掉(6.1.796.22圖6.21載波振蕩與雙邊帶調(diào)幅波相加形成窄帶調(diào)相波 聯(lián)系到雙邊帶調(diào)幅的產(chǎn)生方法，圖6.22中的乘法器實(shí)際上就是一個(gè)平衡調(diào)幅器，進(jìn)一6.23這種調(diào)相方法是首先由阿姆斯特朗提出的，故亦名阿姆斯特朗法。圖圖6.23 矢量合成調(diào)相法的實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)相方法可以抑制上述缺點(diǎn)?！衩}沖調(diào)相(pulsephasemodulation)脈沖調(diào)相也稱脈沖調(diào)位，它是用調(diào)制信號(hào)掌握脈沖消滅的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)相的。圖6.24示出了這種方法的原理性方框圖，圖6.25則示出了它各局部的波形圖，圖中的①、②、③、6.24由抽樣脈沖發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的抽樣脈沖③，在抽樣保持電路中對(duì)調(diào)制信號(hào)①進(jìn)展抽樣，沖的位置都受到調(diào)制信號(hào)的掌握。脈沖序列⑤經(jīng)帶通濾波器濾波后，即得到調(diào)相波⑥。用。2)間接調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)對(duì)載波振蕩進(jìn)展調(diào)相，最終即可得到所需要的調(diào)頻波。m≤0.5100Hz，則相應(yīng)的最大頻移為△f=mF

=0.5×100Hz 50Hz＝min＝這樣小的頻偏是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要的。例如，調(diào)頻播送所要求的最大頻移為75kHz。為了使頻偏加大到所需的數(shù)值，常需承受倍頻的方法。對(duì)于這里的例子，需要的倍頻次數(shù)為(75×103／50)=15006.25脈沖調(diào)相各局部的波形圖1MHz15001500MHz。這個(gè)數(shù)值又可能不符合對(duì)中心頻率的要求。例如，調(diào)頻播送的中心頻率假定要求100MHz。為14006.25脈沖調(diào)相各局部的波形圖6.26間接調(diào)頻的典型方框圖100MHz75kHz調(diào)頻波。1 固然，倍頻也可以分散進(jìn)展，例如先倍頻N次，之后進(jìn)展混頻，然后再倍頻N次。如有必要，可以如此進(jìn)展屢次。圖6.26表示分散兩次倍頻的例子。正是由于倍頻和混頻電路1 想一想？調(diào)頻的方式有哪兩種？?jī)烧哂泻尾煌?？P6M2 鑒頻器根本特性的測(cè)試學(xué)習(xí)目標(biāo)能正確測(cè)量各類鑒頻器的根本特性；能正確記錄測(cè)量結(jié)果并能對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述。理解鑒調(diào)原理。理解鑒頻器的性能指標(biāo)及其物理意義。了解各類鑒頻電路的構(gòu)造、工作原理和電路中的元器件作用。工作任務(wù)鑒頻器根本特性的測(cè)試。讀一讀將調(diào)頻信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)提取恢復(fù)的過(guò)程即調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)介紹之前，首先介紹一下鑒頻器的性能指標(biāo)。鑒頻器的性能指標(biāo)通常，對(duì)鑒頻器提出如下要求：●鑒頻跨導(dǎo)6.27為鑒頻器輸出電壓V與調(diào)頻波的頻偏f6.276.27鑒頻特性曲線●鑒頻靈敏度主要是指為使鑒頻器正常工作所需的輸入調(diào)頻波的幅度●鑒頻頻帶寬度從圖6.26看出，只有特性曲線中間一局部線性較好，我們稱2fm

為頻帶寬度。一般，要求2fm

大于輸入調(diào)頻波頻偏的兩倍，并留有肯定余量。●對(duì)寄生調(diào)幅應(yīng)有肯定的抑制力量。●盡可能減小產(chǎn)生調(diào)頻波失真的各種因素的影響，提高對(duì)電源和溫度變化的穩(wěn)定性。鑒頻的方法鑒頻的方法很多，但主要可歸納為如下幾類：第一類鑒頻方法是斜率鑒頻，將等幅調(diào)頻波變換成幅度隨瞬時(shí)頻率變化的調(diào)幅波(即調(diào)幅-調(diào)頻波)-幅度的線性變換網(wǎng)絡(luò)。其次類鑒頻方法是相位鑒頻，將等幅調(diào)頻波變換成相位隨瞬時(shí)頻率變化的調(diào)相波(即調(diào)相-調(diào)頻波)-相位的線性變換網(wǎng)絡(luò)。間內(nèi)的數(shù)目正比于調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率。這種鑒頻器的最大優(yōu)點(diǎn)是線性良好。以下對(duì)上述幾種鑒頻的方法分別予以介紹。`斜率鑒頻單失諧回路斜率鑒頻器單失諧回路斜率鑒頻器電路如圖6.28所示。圖6.28 單失諧回路斜率鑒頻器電路圖其工作原理如下：LC0

1 ，ω≠ωLC0LC

如圖6.29，ω。c。

LC單調(diào)c諧回路幅頻特性的上升或下降沿的線性段中點(diǎn)，利用該點(diǎn)四周的一段近似線性的幅頻特性，將調(diào)頻波轉(zhuǎn)變成調(diào)幅調(diào)頻波。做一做【力量拓展】工程：鑒頻器根本特性的仿真測(cè)試工程編號(hào)：SPF6-2〔格式要求見(jiàn)附錄A1臺(tái)，Multisim1套。630所示。測(cè)試程序：〔略，類同工程SPC6-2〕圖6.30斜率鑒頻器的仿真雙失諧回路斜率鑒頻器雙失諧回路斜率鑒頻器電路如圖6.31所示。其工作原理如下：1 1兩個(gè)LC諧振回路中心頻率分別為， 01

， 11

ω≠ωLLC22

6.31，cω LCc斜率鑒頻器的輸出信號(hào)為Vav1

和V

，它們合成了雙失諧回路斜率鑒頻器的輸出信號(hào)為V Vav av1

V

，Vav1

、V 和Vav2

6.326.336.32雙失諧回路斜率鑒頻器工作原理圖6.33雙失諧回路斜率鑒頻器鑒頻特性曲線 309313相位鑒頻器頻相變換網(wǎng)絡(luò)相位鑒頻的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)頻率-相位的線性變換網(wǎng)絡(luò)。頻相變換網(wǎng)絡(luò)有以下兩種類型：一、CRLC單調(diào)諧振回路構(gòu)成分壓電路的頻相變換網(wǎng)絡(luò)16.34圖6.34 C1和RLC單調(diào)諧振回路構(gòu)成的頻相變換網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)造圖這種頻相變換網(wǎng)絡(luò)的廣義失諧與相位差的關(guān)系曲線如圖6.35所示。圖6.35頻相變換網(wǎng)絡(luò)的廣義失諧與相位差的關(guān)系二、互感耦合雙調(diào)諧回路構(gòu)成的頻相網(wǎng)絡(luò)互感耦合雙調(diào)諧回路構(gòu)成的頻相網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)造如圖6.36所示。其工作原理如下：如圖(a),是變壓器同名端全都的狀況；輸出電壓V2如圖(b),是變壓器同名端相反的狀況；輸出電壓V2乘積型相位鑒頻器乘積型相位鑒頻器實(shí)際中被稱為正交鑒頻器，或比相鑒頻器，或集成差動(dòng)峰值鑒頻器，6.37所示。圖6.37 乘積型相位鑒頻器原理框圖圖中各信號(hào)表示如下：

2Q6.33所示的頻相網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)

”6，則有sin ” 2Q

e，因此：0V V av am 0上式中輸出電壓與頻率偏移量成正比，這樣就實(shí)現(xiàn)了鑒頻功能。5G32中的乘積型相位鑒頻局部電路如圖6.38所示。圖圖6.38 5G32中的乘積型相位鑒頻器電路圖圖中，中放來(lái)的FM信號(hào)經(jīng)T管射隨后分兩路輸出：一路得v=V

cos(ω

t+MsinΩ1t) T

1 1m

c vf C〔幅值較大，直接加至乘法器中差分對(duì)管的基極，作為開(kāi)關(guān)信號(hào)。另一路經(jīng)7 1 1和RLC分壓得到幅度衰減至1/10后的v2，作為小信號(hào)經(jīng)C1與LRC分壓的相移網(wǎng)絡(luò)，得到v=V cos(ωt+MsinΩt+π/2-φ’),其中：2 2m c f,當(dāng)φ’較小時(shí)，有：即vT2 2

射隨后加到相乘器差分對(duì)T3

、T的基極，T6

、T管的基極接恒壓偏置。4T、T3

、T、T4 5

、T、T6 7

組成相乘器，依據(jù)相乘器的原理可得：8經(jīng)低通濾波可得輸出信號(hào)如下，實(shí)現(xiàn)了線性鑒頻，鑒頻特性曲線如圖6.39所示。其中RQe

以調(diào)整鑒頻特性的鑒頻跨導(dǎo)和鑒頻頻帶寬度。圖6.39 5G32的鑒頻特性曲線圖6.40為Motorola公司的專用FM中頻接收芯片MC3361中乘積型鑒頻器的電路圖，與5G32Q70Q72構(gòu)成的兩個(gè)前級(jí)射隨器輸出兩路差分信號(hào)分別輸入到Q79Q80。做一做工程：鑒頻器根本特性的測(cè)試工程編號(hào)：SPC6-2任務(wù)要求：按測(cè)試程序要求完成全部測(cè)試內(nèi)容，并撰寫測(cè)試報(bào)告〔A。1臺(tái)，高頻信號(hào)發(fā)生器XD－216.41所示為基于MC3361的鑒頻器電路。圖中，VCC=5V，各器件參數(shù)取值如圖中所示。輸入調(diào)頻信號(hào)(5腳輸入)，當(dāng)鑒頻T601時(shí)，觀看輸出信號(hào)(9腳輸出再經(jīng)RC濾波后輸出)。ININR602615141347012111019N L_FVTN T_UN T_UC604102R_CEE_TUMNATO_PPMAO_CUMDPSMAMC3361R603OUTCE601FC_10K1u/16VXTC_UpB_EmELCFD_IOCSC_IC605332C606103OSO_PP_CFAACCDP1C6012345678+5V1 X601TP60130PCV60216~30P455KCF6013C602C60310410410.245MGND6011T6012321TP6021TP6031TP604R60147K45TRANS41+5V圖6.41 MC3361實(shí)現(xiàn)鑒頻測(cè)試程序：6.40接好電路，接入電源VCC=5V5455KHz，幅度為500mV1KHz,0.3的調(diào)頻信號(hào)；T601，使輸出幅度到達(dá)最大；③轉(zhuǎn)變調(diào)制指數(shù)，測(cè)量輸出信號(hào)幅度，并填寫下表。調(diào)頻指數(shù)0.20.30.51.03.05.08.0輸出信號(hào)調(diào)頻指數(shù)0.20.30.51.03.05.08.0輸出信號(hào)頻偏(KHz)輸出信號(hào)幅度(KHz)④依據(jù)上表畫出鑒頻特性曲線，依據(jù)曲線求鑒頻跨導(dǎo)、鑒頻靈敏度和鑒頻帶寬。⑤將鑒頻線圈的并聯(lián)電阻R60130K3、4步。結(jié)論：調(diào)整乘積型相位鑒頻器的移相網(wǎng)絡(luò)的器件參數(shù)〔可以/不行以〕轉(zhuǎn)變鑒頻跨導(dǎo)和鑒頻帶寬。疊加型相位鑒頻器一、互感耦合相位鑒頻器〔一〕工作原理C C 1 1C L 、C L 2 2 02時(shí)頻率變化的調(diào)頻波〔即調(diào)幅-調(diào)頻波〕。D1、R、C3和D、R、C3組成上、下兩個(gè)振幅檢波器，且特性完全一樣，將振幅的變化檢測(cè)出來(lái)。負(fù)載電阻RC3的高頻容2圖6.42 互感耦合相位鑒頻器原理電路3C4C3L3的感抗。因此，初級(jí)回路上的信號(hào)電壓12幾乎全部降落在扼流圈L上。3ab另一方面，初級(jí)回路電流經(jīng)互感耦合，在次級(jí)回路兩端感應(yīng)產(chǎn)生次級(jí)回路電壓V 。由ab圖可看出，加在兩個(gè)振幅檢波器的輸入信號(hào)分別為V

(6.2.1)D1 ac

12 2 ab 12V

(6.2.2)D2 bc 12

2 ab 12這樣，每個(gè)檢波器上均加有兩個(gè)電壓，即1V 和

。不過(guò)一個(gè)檢波器的輸入是它們之和，2 ab 12另一個(gè)則是它們之差值得留意的是只要處在耦合回路的通頻帶范圍之內(nèi)當(dāng)調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率變化時(shí)，無(wú)論12 還是ab，它們的振幅都是保持恒定的。但是，它們之間的相ab與12之間的相位差是如何隨信號(hào)頻率而變化的。1)初次級(jí)回路的品質(zhì)因數(shù)均較高；2)自身的損耗電阻和從次級(jí)反射到初級(jí)的損耗電阻。于是可以近似地得到圖6.43所示的等效電路。圖6.43次級(jí)回路的等效電路 6.42初級(jí)回路電流為

I1

12jLj1

(6.2.3)I1在次級(jí)回路中感應(yīng)產(chǎn)生的串聯(lián)電動(dòng)勢(shì)為s

(6.2.4)式中，正、負(fù)號(hào)取決于初次級(jí)線圈的繞向?，F(xiàn)在假設(shè)線圈的繞向使該式取負(fù)號(hào)。將式(6.2.4)代入式(6.2.3)，得

s

MLV121

(6.2.5)Zabs C2Z2Z Z R2C2 L2jX C2

(12

M)L1 〔6.2.6〕2 Rj(2 2

X )C2M j CM

122L1R2jX22 L C式中，X X X 2 L C2 22從式(6.2.6finf0(即回路諧振頻率)時(shí)，X=0，于2是MXabj

C212L1 R2 〔6.2.7〕MXMXj C212e2L1 R2該式說(shuō)明，次級(jí)回路電壓ab比初級(jí)回路電壓12超前/。f f 當(dāng)信號(hào)頻率高于中心頻率時(shí)，X f f in 0 L2 C2 22 2 2 Z RjX Zej2 2 2 2式中，Z 是Z的模，其值為22

Z 2 2

X22Z2

的相角，其值為

arctanX2R2Z的關(guān)系式代入式(6.2.6)，得2ab

12

2

(6.2.8)MXC2eMXC2e個(gè)小于2

號(hào)的角度(2

)。MXC2MXC2eab

2

(6.2.9)即ab

超前于

一個(gè)大于2

的相角(2

)。通過(guò)上面的分析，找到了次級(jí)回路電壓ab與初級(jí)回路電壓12之間的相位關(guān)系。歸納

將超前于

一個(gè)角度。這個(gè)角度可能是

，可能大于

，也可能小于，ab 12

2 2 2主要取決于信號(hào)頻率是等于才導(dǎo)致兩個(gè)檢波器的輸入電壓的大小產(chǎn)生了差異。這可以從分析矢量圖來(lái)說(shuō)明。依據(jù)式(6.2.1)、式(6.2.26.44所示的矢量圖。由于鑒頻器的輸出電壓等于兩個(gè)檢波器輸出電壓之差，而每個(gè)檢波器的輸出電壓(峰值或平均D 值)正比于其輸入電壓的振幅V (或V D 1 2a”b” d D V k(V a”b” d D 1 2kd

為檢波器的電壓傳輸系數(shù)。將上式與圖6.44的矢量圖聯(lián)系起來(lái)可以看出：當(dāng)f =fin 0

VD1=VD2V=0f

>f時(shí)，由于VD

>VD

V

>0f

<f時(shí)，由于VD

<VD

V

<0，in 0

1 2

in

1 2 a′b′因此，輸出電壓V 反映了輸入信號(hào)瞬時(shí)頻率的偏移△f。而△f與原調(diào)制信號(hào)v

(t)成正比，a′b′ Ω即V 與v(t)成正比。亦即實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻波的解調(diào)。假設(shè)將V 與頻移△f之間的關(guān)系畫成曲線，a′b′ Ω a′b′6.26所示的Sf之間近似地成線性關(guān)系，△f超過(guò)肯定限度(|△f|>△f

mab的大小也隨著頻移的加大而下降，所以最終反而使鑒頻器的輸出電壓下降。因此，S形鑒頻特性曲線的線性區(qū)間兩邊的邊界應(yīng)對(duì)應(yīng)于耦合回路頻率響應(yīng)曲線通頻帶的兩個(gè)邊界點(diǎn)，即半功率點(diǎn)?！捕郴芈穮?shù)的選擇為了確定選擇回路參數(shù)時(shí)所遵循的原則，有必要對(duì)圖6.41所示電路進(jìn)展簡(jiǎn)單的定量分析。f RQ，均調(diào)諧于中心頻率，諧振阻抗為。f R0 p當(dāng)失諧為△f時(shí)，相應(yīng)的廣義失諧為Q

2fL(6.2.11)Lf0初次級(jí)回路之間的耦合系數(shù)為

L1L2MKL1L2M與此相應(yīng)的耦合因數(shù)為

kQL (6.2.13)I析方法求出初級(jí)回路電壓為

V

1j

RI (6.2.14)12 2

(1j)2 p相應(yīng)的次級(jí)回路電壓為

ab

j

L2LL2L2(1j)2Rp1將以上二式代入式(6.2.1)和式(6.2.2)，然后再代入式(6.2.10a”b” d pV kRI(a”b” d p44(2 L2)24(2L2)2L12 (12-2)242(,)

(6.2.17)式(6.2.16)就是鑒頻特性的數(shù)學(xué)表示式。明顯，鑒頻特性主要取決于式(6.2.17)，該式具6.45η為參變量、ξ為自變量的(,曲線。ηη<1.5以后，非線性就已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)峻。反之，耦合比較緊，線性范圍就大，而鑒頻跨導(dǎo)就小。但當(dāng)η>3η=l～3。η=kQQ

不變時(shí)，漸漸加強(qiáng)耦合，鑒頻跨導(dǎo)隨之下降，但線性L L范圍則隨之加寬。6.45對(duì)應(yīng)于不同耦合因數(shù)的鑒頻特性曲線從該曲線還可大致看出，鑒頻特性曲線的峰值點(diǎn)大約發(fā)生在ξ=η處。依據(jù)式(6.2.11)，求出Q f0 (6.2.18)L 2f由上式，依據(jù)所選擇的η值、中心頻率f0及所允許的最大頻移△f，求出回路的品質(zhì)因QQ

，依據(jù)式(6.2.13)便求出初次級(jí)回路之間的耦合系數(shù)Lk QL

2ff0

(6.2.19)R從式(6.2.16)看出，鑒頻器的輸出電壓正比于回路諧振電阻。我們知道Rpp RQ p ρ是回路的特性阻抗，其值為L(zhǎng)CLC

(6.2.21)ρ，即增大L，減小C。但是，C的減小是受到限制的，由于假設(shè)CC=20～30pF然后依據(jù)諧振頻率f0，即可算出電感值1L1(2f0)2C

(6.2.22)二、比例鑒頻器難從圖6.45所示的矢量圖的分析看出。因此，噪聲、各種干擾以及電路頻率特性的不均勻這種虛假信號(hào)，就必需在鑒頻之前預(yù)先進(jìn)展限幅。能否對(duì)相位鑒頻器的電路作某些改動(dòng)來(lái)獲得肯定的限幅作用，以省掉限幅器呢?為了答復(fù)這個(gè)問(wèn)題，需要從一個(gè)的觀點(diǎn)對(duì)相位鑒頻器進(jìn)展深入一步的分析。由式(6.2.1)與式(6.2.2)可得V D1 D2

1212 D 上式說(shuō)明只要輸入電壓V 的振幅不變則兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸入電壓之和V 12 D 1 2只反映輸入調(diào)頻波振幅的變化。振幅的變化，或者說(shuō)起到了限幅的作用。這樣一來(lái)，檢波器輸出電壓之差(以下簡(jiǎn)稱“差電壓”)也就只單純地反映瞬時(shí)頻率的變化，從而去掉了寄生調(diào)幅造成的虛假信號(hào)。比例鑒頻器(ratiodetector)，正是依據(jù)上述思路，對(duì)相位鑒頻器加以改進(jìn)而得到的。下面還將證明，在電路參數(shù)一樣的條件下，比例鑒頻器的輸出只有相位鑒頻器的一半。可以說(shuō)，比例鑒頻器的限幅作用是以降低輸出為代價(jià)的。但是，比例鑒頻器還有另一優(yōu)點(diǎn)，這就是，它本身可以供給一個(gè)適合于自動(dòng)增益掌握的電壓，而相位鑒頻器則不能一些。所以，目前這兩種鑒頻器都得到了比較廣泛的應(yīng)用。26.416.46D反接了，因此a′b′兩點(diǎn)間的電壓不再是差電壓，而變成了和電壓，即2”oa”b”a”o”o”b” (6.2.23)6.46比例鑒頻器原理電路6為了使此和電壓維持恒定，在a′b′兩點(diǎn)間接入一個(gè)大電容(通常是電解電容器)C。6鑒頻器的輸出應(yīng)當(dāng)是差電壓檢波器的負(fù)載電路重作了布置，從o′o兩端輸出，其中一端接地。依據(jù)電路圖，設(shè)兩邊對(duì)稱，R=R，RR1 2 3 4o

2

(6.2.24)或

2 o

(6.2.25)將上二式相加，得

1

) (6.2.26)o 2 o1 o2或V 1k(V

V ) (6.2.27)om 2 d D1 D2D 式中，k是每個(gè)包絡(luò)檢波器的電壓傳輸系數(shù)；V 和V D d 1 2振幅。將式(6.2.27)與式(6.2.10輸出的一半。下面進(jìn)一步爭(zhēng)論比例鑒頻器的限幅過(guò)程。假設(shè)起初輸入調(diào)頻波的振幅是恒定的而且鑒頻器已經(jīng)工作了一段時(shí)間這樣大容量的電容器C上已經(jīng)充到肯定電壓V ，這是一個(gè)直流電壓。這意味著，此時(shí)既沒(méi)有電流對(duì)6 a′b′CC6

C6

R

+R<<R1 2

+R，所以兩個(gè)檢波二極管(留意它們是串聯(lián)的)的總的負(fù)載阻抗近3 4R

+R。1 2增加。但是由于大電容C6

V

將力圖保持恒定。兩串聯(lián)檢波二極管上的電壓為V-Vab

Va′b′

流I 也增加。由于負(fù)載上的電壓V0

維持不變，這就相當(dāng)于檢波等效直流負(fù)載電阻RdcV〔a”b”〕減小了，因而使得檢波等效輸入電阻R[RI id 0

R dc，參看前一工程內(nèi)容]降低，2使輸入回路的次級(jí)引入更大衰減，因而品質(zhì)因數(shù)下降。反映到初級(jí)，也引起品質(zhì)因數(shù)下降，波振幅的增加。同理，可分析輸入信號(hào)振幅變小的狀況。構(gòu)成了一個(gè)自動(dòng)掌握衰減的系統(tǒng)，它總是力圖維持輸入信號(hào)振幅恒定。幅緩慢變化時(shí)，雖然C6

上的電壓起初不行能快速跟隨變化，但過(guò)一段時(shí)間后，由于二極管電流增量對(duì)C6

V

Va′b′

能跟隨輸入信號(hào)a′b′振幅的緩慢變化。三個(gè)根本關(guān)系式：和電壓是恒定的。即a”b” o1m V V V 常數(shù) a”b” o1m VV

kV d1D1kV

VV

(k kd1

) (6.2.29)o2m

d2 D2 D23)鑒頻器的輸出電壓(即差電壓)可由式(6.2.26)或式(6.2.27)確定。依據(jù)式(6.2.26)和式(6.2.27)，解出V 和V 分別為o1m o2mVVo2m

a”b” (6.2.30)V1V1VD2將上兩式代入式(6.2.26)，得

Vo1m

V

VV a”b” (6.2.31)V1V1D2 1 2V V V

(6.2.32)om 2

a”b”V1V

D1VD2從相位鑒頻器的爭(zhēng)論(參看圖6.43)，當(dāng)調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率變化時(shí)，兩個(gè)檢波器輸入電壓的振幅VD1和VD2是朝相反的方向變化的，即一個(gè)增大，則另一個(gè)就減小。比例鑒頻D 器的狀況可以從式(6.2.32)看出，由于比值V／VD 1 2oVo

亦隨著瞬時(shí)頻率變化。這就是鑒頻的過(guò)程。但是，當(dāng)調(diào)頻波的振幅發(fā)生變化時(shí)，D會(huì)引起VD1

和VD2D

6.43VD1D

／VD2DD維持不變。這就是說(shuō)，比值VD1

／VD2D

并不受調(diào)頻波振幅變化的影響。所以，鑒頻器的輸出oV與調(diào)頻波振幅的變化無(wú)關(guān)。這就是比例鑒頻器本身所具有的限幅作用。o1 總的來(lái)說(shuō)，從式(6.2.32)看出，比例鑒頻器的輸出電壓Vo并不取決于VD和VD1 于它具有自動(dòng)限幅作用，因而它的鼓勵(lì)放大器只需較小的輸入電壓(例如1～10mV)就能正常工作。而相位鑒頻器，由于本身無(wú)限幅作用，就需加1～2級(jí)限幅及推動(dòng)級(jí)，同時(shí)限幅器的輸入電壓應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)較大數(shù)值(例如50～300mV)才可能正常工作。這就要求增加限幅級(jí)前面的放比相位鑒頻器經(jīng)濟(jì)一些。所以調(diào)頻播送收音機(jī)和電視接收機(jī)中廣泛承受比例鑒頻器。另一方面應(yīng)當(dāng)看到，要想得到比較好的限幅作用，比例鑒頻器的設(shè)計(jì)和調(diào)整是比較困難的。而相位鑒頻器。脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器6.47圖6.47脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器原理框圖 調(diào)頻信號(hào)進(jìn)入寬帶放大器放大到肯定幅度后，經(jīng)過(guò)限幅，輸出信號(hào)近似方波，再經(jīng)過(guò)微分、整流后，輸出與調(diào)頻信號(hào)過(guò)零點(diǎn)同步的尖脈沖，再經(jīng)脈沖形成電路，得到相應(yīng)的方波脈此該系統(tǒng)具備鑒頻的功能。脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器的突出優(yōu)點(diǎn)是線性好，頻帶寬，同時(shí)它能工作于一個(gè)相當(dāng)寬的中心頻率范圍，已經(jīng)見(jiàn)到的產(chǎn)品的指標(biāo)：中心頻率處于1MHz到10MHz0.1%.學(xué)問(wèn)小結(jié)調(diào)頻與調(diào)相總稱為調(diào)角；角度調(diào)制和對(duì)應(yīng)解調(diào)(鑒頻與鑒相)均屬非線性頻譜搬移。FM和PMPM來(lái)實(shí)現(xiàn)FMFM來(lái)實(shí)現(xiàn)PM。調(diào)角波平均功率等于未調(diào)制時(shí)的載波功率：P =V 2/2Rav cm L調(diào)頻主要指標(biāo)要求：線性調(diào)制中心頻率穩(wěn)定度高頻偏適合常用的調(diào)頻方法：直接調(diào)頻變?nèi)荻O管直接調(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制信號(hào)對(duì)振蕩頻率掌握力量強(qiáng)，工作頻率高，損耗小缺點(diǎn)：載波頻率穩(wěn)定度差晶振變?nèi)莨苷{(diào)頻優(yōu)點(diǎn)：中心頻率〔載波〕穩(wěn)定度高缺點(diǎn)：角頻偏小變感調(diào)頻間接調(diào)頻〔通過(guò)調(diào)相實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法〕(A)可變移相法：利用諧振回路或移相網(wǎng)絡(luò)(B)矢量法：阿姆斯特朗法(C)脈沖調(diào)相法：實(shí)現(xiàn)鑒頻電路：思考與練習(xí)v(t)=5cos(106t+sin5×103t〕在t=0f 載波振蕩的頻率為=25MH=4F=400Hf 0 0最大頻移為△f=10kHz。試分別寫出1)調(diào)頻波和2)調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式。假設(shè)調(diào)制頻率變2kHz3)4)調(diào)相波的數(shù)學(xué)表示式。調(diào)制信號(hào)vΩ(t)為如以下圖所示的矩形波，試分別畫出調(diào)頻和調(diào)相時(shí)，瞬時(shí)頻率偏移△f(t)、瞬時(shí)相位偏移△φ(t)隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。400Hz2.4V60，求頻偏。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率減250Hz3.2V時(shí)，調(diào)制指數(shù)將變?yōu)槎嗌伲?f=10MHz，最大頻移為△f=50kHz，調(diào)制信號(hào)為正弦波。試求調(diào)頻波在以下三種狀況的頻帶寬度(10％的規(guī)定計(jì)算帶寬)01)FΩ=500kHz；2)FΩ=500Hz；3)FΩ=10kHz。這里，F(xiàn)Ω為調(diào)制頻率。如以下圖所示電路中，T、TT

供給恒定偏置電流。T

集-C，與集-基結(jié)2 3 1vcb的關(guān)系為-1

1 cbC kv 2cb ccbv1)試求輸出電壓(t)ω(t)的表示式。vo2)假設(shè)C1=5pF，C2=100pF，L=HVC=10，=1.75pF，(t)=(1V)cos103v出(t)的表示式。vovOf之間的關(guān)系)才能實(shí)現(xiàn)鑒頻？為什么通常在鑒頻器之前要承受限幅器？假設(shè)我們想把一個(gè)調(diào)幅收音機(jī)改成能夠接收調(diào)頻播送，同時(shí)又不打算作大的改動(dòng)，并與改動(dòng)前比較。為什么比例鑒頻器有抑制寄生調(diào)幅的作用，而相位鑒頻器卻沒(méi)有，其根本緣由何在？試從物理概念上加以說(shuō)明。P6M3多頻道對(duì)講機(jī)發(fā)送局部裝配焊接與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)能正確測(cè)量無(wú)線電發(fā)送設(shè)備的根本特性；能正確記錄測(cè)量結(jié)果并能對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述。了解無(wú)線電發(fā)送設(shè)備的工作原理。理解無(wú)線電發(fā)送設(shè)備的性能指標(biāo)及其物理意義。了解無(wú)線電發(fā)送設(shè)備的各部件功能。工作任務(wù)多頻道對(duì)講機(jī)發(fā)送局部裝配焊接與調(diào)試。讀一讀發(fā)送系統(tǒng)系統(tǒng)框圖匹配匹配濾波丙類功放2SC1971隔離放大3SK122參考頻率固定分頻鑒相器低通濾波器LM358壓控振蕩器9018MC1固定分頻分頻器MB504L音頻放大器LM386圖6.48 多頻道對(duì)講機(jī)放射局部系統(tǒng)框圖工作原理MC145152LM358組成的有源低通濾波器和三極管9018構(gòu)成的壓控振蕩器組成鎖相環(huán)，再與MC145152內(nèi)參考頻率固定分頻器、外部信號(hào)固定分頻器和MB504L雙模前置分頻器組成頻率合成器。頻率合成器的壓控振蕩器輸出的高頻載波信號(hào)被音頻信號(hào)頻率調(diào)制后經(jīng)過(guò)隔離放大后，送2SC1791組成的丙類功率放大器放大后，再經(jīng)匹配濾波，由天線放射到空中。頻率合成器頻率合成技術(shù)是現(xiàn)代通信設(shè)備的重要組成局部，它是將一個(gè)高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的基準(zhǔn)頻率經(jīng)過(guò)四則運(yùn)算，產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的任意頻率。隨著大規(guī)模集成電以摩托羅拉公司的MC14515xMC145152芯片的頻率合成器。這種鎖相環(huán)頻率合成器的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度與基準(zhǔn)頻率相當(dāng)，不產(chǎn)生額外的誤差。它在移動(dòng)通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。該芯片的具體文檔見(jiàn)附錄。MC145152的內(nèi)部構(gòu)造和外部引腳描述：外部引腳

(a)MC145152內(nèi)部組成 (b)145152圖6.49 MC145152的內(nèi)部構(gòu)造和外部引腳描述●引腳1VC30MHz；●引腳45〔RARARA比；●引腳78Φ、ΦV：鑒相器雙輸出端，用于輸出環(huán)路誤差信號(hào)；●引腳９〔MC〕為模式掌握端，輸出的模式掌握信號(hào)加到雙模前置分頻器，即可以實(shí)現(xiàn)模式變換；11~20(N9~N0)：10bit計(jì)數(shù)器的分頻值預(yù)置輸入端；●引腳1、21~2A5~A：6bit計(jì)數(shù)器的分頻值預(yù)置輸入端26、27〔OSCinOSCout〕為參考振蕩端，當(dāng)兩端接上一并聯(lián)諧振晶體時(shí)，便組成一個(gè)參考頻率振蕩器；●引腳28〔LD〕為鎖定檢測(cè)端，用于檢測(cè)鎖定，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，LD為高電平，當(dāng)環(huán)路失鎖時(shí)，LD為低電平。MC145152芯片的特點(diǎn)及功能：它與雙模P／P＋〕M。當(dāng)MC電尋常，雙模分頻器用〔P＋1〕MC為高電尋常，雙模分頻器用模數(shù)P去除。它有A計(jì)數(shù)器和N計(jì)數(shù)器兩個(gè)計(jì)數(shù)器。它們與雙模P／P1〕頻值NANN的取值范圍為3~102A的取值范圍為0~63。A計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)期間，MC為低電平；N計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)〔N－A〕期間，MC為高電平。它有一個(gè)參考振蕩器，可外接晶體振蕩器。RR計(jì)數(shù)器周期M可預(yù)置，M的取值范圍：8，64，128，256，512，1024，1160，2048。M與RA2、RA1、RA0的關(guān)系如下：表1 、RA1、RA0的關(guān)系fvff它有兩路鑒信任號(hào)輸出其中RΦV用來(lái)輸出鑒相誤差信號(hào)假設(shè) ff

r〔即fv的相位超前fv

r ，ΦV變?yōu)榈碗娖溅礡變?yōu)楦唠娖?；假設(shè)fv< rffrff〔即 的相位滯后

，則ΦV跳變?yōu)楦唠娖蕉礡變?yōu)榈碗娖?；假設(shè)fv fr fv fr= 且 的相位等于 ，則ΦR、ΦV同時(shí)保持高電平；僅在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)二者同時(shí)為低電平，其波形如以下圖所示。LD用來(lái)輸出相位鎖定信號(hào)。圖6.50 鑒相器工作原理6)3.0V～9.0V。工作原理參考振蕩器信號(hào)經(jīng)R分頻器分頻后形成frPP＋1〕分頻器分頻，再經(jīng)AN計(jì)數(shù)器分頻器后形成fv信號(hào)，f＝fvc／NA。fr信號(hào)和fv信號(hào)在鑒相器中鑒相，輸出的誤差信號(hào)〔ΦR、ΦV〕經(jīng)低通濾波器形成近似直流信號(hào)，直流信號(hào)再去掌握壓控振蕩器的頻率。當(dāng)整個(gè)環(huán)路鎖定后，fv＝fr且同相，fvco＝〔NP＋A〕fv＝〔NP＋A〕fr，便可產(chǎn)生和基準(zhǔn)頻率同樣穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的任意頻率。頻率合成器的電氣原理圖如以下圖所示：+5V

VCO_MIDC33

R353KR36

U32+IN -INVCC NCSW OUTGNDMB504L

C34MC102K104 3k3

LED31LED-BA***LP***

K R34U311282U3112822732642552462372282192010191118121713161415

C32 CV31X31 27P 6-30PR31R32PHASE_R PHASE_VMCA5N0N1N2N3

A4 10.24MA3A0A2A1N7N6N5N4CE21100uF

+9V

C14515M2C145152L21+C214731mHL21+C214731mH+C22473100uFR21 R2433K 100 OVC 104VV_ C23 Q2V90181mH D21 D23 K C24

VCO_MID1L24 切換1 1_

R22 36033K Key1_2 21K K

R23ey 1 1_ _ 100SLTL22 L23D22 D24