笫6章 调制与解调.ppt

笫6章 调制与解调,一、调制的基本概念 二、幅度调制 1、标准幅度调制与解调 2、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 3、正交幅度调制与解调 4、数字信号调幅 三、角度调制 角调调制的基本概念 频率调制信号的性质 实现频率调制的方法与电路 调频波的解调方法与电路 四、数字信号的相位调制,变容二极管直接调频电路,（1）变容二极管的特性,变容管是利用半导体PN结的势垒电容随反向电压变化制成的一种二极管。,变容管PN结必须反向偏置。,0,V,C,V为变容管两端加的电压， V = 0时变容管的等效电容为 。,变容指数为 ，它是一个取决于 PN结的结构和杂质分布情况的系数。,缓变结变容管， 其 = 1/3； 突变结变容管， 其 = 1/2 ； 超突变结变容管，其 = 2。,接触电位差为 ，硅管约为0.7V， 锗管约为0.2V。,（2）变容二极管的调制特性分析,加到变容管两端的电压， 它由三部分组成：,即偏置电压 ， 调制电压 和回路振荡电压。,通常，回路振荡电压幅度较小，可以认为变容管所呈现的电容 主要由偏置电压 和调制电压 决定。,假定调制信号为单频余弦信号， ， 则加于变容管两端的电压 v 为：,附图一,返回,（2）变容二极管的调制特性分析 （续1）,变容二极管作为振荡回路总电容的调频原理分析： 假定振荡器的振荡频率由该回路决定。 为变容二极管的电容，则回路的谐振频率也即振荡器的振荡频率为,（2）变容二极管的调制特性分析 （续2）,得：,式中： 表示变容管在只有偏置电压 作用时 所呈现的电容。该电容参与决定调频波的中心频率。,称为电容调制度，因 ，故 。,（2）变容二极管的调制特性分析 （续3）,可展开为：,可得调制特性为：,利用展开式：,可得振荡频率的表示式为：,返回,最大频偏,（2）变容二极管的调制特性分析 （续4）,有与调制信号成正比的成分。,有常数成分，产生了中心频率的偏移。,有与调制信号频率各次谐波成比例的成分，从而使频率调制 过程产生了非线性失真。,为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使 变容管工作在 的区域。,实际调频电路中变容管上还作用着高频振荡电压，会影响调频线性、振荡幅度（产生寄生调幅）、中心频率稳定度等。,实际调频电路中使变容管部分接入振荡回路 如上图，这样频偏会减小。,上图,上式表明：,（3）变容二极管的调频电路分析,变容二极管的调频电路组成： LC振荡器（一般三点式）变容管控制电路。,变容管控制电路：偏置电压（反偏）电路和将调制信号有效加至变容管上的电路。,变容管控制电路原则：不影响振荡器的正常工作。,电路中常常采用高频扼流圈及滤波电容。,（3）变容二极管的调频电路分析（续1）,例1 90MHz调频电路,90MHz调频电路的高频等效电路,（3）变容二极管的调频电路分析（续2）,(b),（3）变容二极管的调频电路分析（续3）,返回,例2,（3）变容二极管的调制电路分析（续4）,电路特点：,两个变容二极管，并且同极性对接， 通常称为背靠背联接。,对振荡信号来说，两只变容管是串 联的，可以看出，在这种情况下，每 个变容管上所加有的振荡电压仅为 谐振回路两端电压的一半。,对从B-B端加入的直流偏置电压和 调制电压来说，两只变容管相当于 并联。所以，两管所处的偏置点和 受调状态是相同的。,当加于变容管两端振荡电压幅度较 大时，变容管可能工作于导通状态， 这将降低回路的Q值。,上图,附图一,例3：,求调频波的中心频率 ； 最大频偏； 和 。,（0.2v r m s）,0.26,0.34,0.49,0.31,0.13,0.04,例3（续1）,调频波的中心频率：,最大频偏：,求 ：,求 ：,*频谱图上有数值时答案是唯一的。,变容管上所加电压有三部分：偏置电压、调制信号、高频振荡,其他直接调频电路,（1）变容二极管直接调频电路的优缺点,电路简单，变容管本身体积小。,工作频率高。,易于获得较大的频偏。,产生了中心频率的偏移。由于偏置电压漂移，温度变化等 会改变变容管呈现的电容，从而影响中心频率的稳定度等。,在频偏较大时，非线性失真较大。,为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使 变容管工作在 的区域。（变容管部分接入振荡回路）,用两个变容二极管背靠背联接电路或变容管部分接入振荡回路 这可以减弱变容管对回路Q值的影响。,用晶体振荡器直接调频电路。,（2）晶体振荡器直接调频电路,工作频率在 和 之间。,两个谐振频率十分接近。,电路中晶体当等效电感元件用。,频偏小，但中心频率稳定度高。,（2）晶体振荡器直接调频电路（续1）,0,晶体与变容二极管串联，,中心频率的稳定度提高，频偏很小（相对频偏 量级）。,0,（3）加大频偏的措施：串电感，并电感。,调频时，瞬时频率可在 与 之间变，所以频偏加大。,随,变,（2）晶体振荡器直接调频电路（续2）,0,并电感 当工作频率很高时， ， 支路呈电感，再并电感 ，,调频时，瞬时频率可在 之间变，频偏可加大。,*间接调频,先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波，其方框如下图所示。,上图,优点：载波中心频率稳定度较好。,调相器： 载波通过失谐回路法。 矢量合成法。 脉冲调相法。,（1）变容二极管调相电路,载波,调制信号,+9v,输出,当变容管 或m较小 时调制特性近似为：,100KHz与1000PF组成积分电路，载波频率为 ，回路对载波失谐，则并联回路失谐产生的相移是（失谐较小）：,并联回路产生的相移是按调制信号的规律变化。（即调相） 若要增加相偏，可采用多级单回路构成的变容管调相电路。,（2）矢量合成法（阿姆斯特朗法）调相电路,扩展频偏的方法,采用倍频器扩展频偏，采用混频器搬移载频。,例：在一窄带调频中，晶体振荡器载波频率为100kHz，调制信号频率为100Hz。为了保证线性调频，矢量合成调相器的调制指数mP取0.2441rad。 如果发射机要求产生载波频率为100MHz，频偏为75kHz的调频波，如何实现？,倍频：n192（4，4，4，3）载频：19.2MHz,频偏4.687KHz 混频：本振信号频率25.45MHz载频：6.25MHz,频偏4.687KHz 倍频：n16（4，4）载频：100MHz,频偏:75KHz,间接调频发射机,倍频加变频,Armstrong 间接调频,192倍频,晶体振荡器,带通滤波器,16倍频,带通滤波器,功率放大器,调频波的解调方法与电路,解调方法,1、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容将在 第7章锁相环路中讨论。,2、利用调频波的过零信息实现解调 例如脉冲计数式鉴频器 调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在相同的时间间隔内过零点的数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的数目就多，瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特点，可以实现解调。例如BE1调制度测量仪。,调频波的解调就是从调频信号中恢复出原调制信号。即要产生一个其幅度与输入调频信号的瞬时频率成线性关系的输出电压（或电流）。 通常把调频波的解调称鉴频，把频率幅度转换的器件称为鉴频器。,脉冲形成,脉冲展宽,低通滤波,（a）,脉冲计数式鉴频器示意图,解调方法（续1）,3、将调频波变换为调相调频波，使相位的变化与瞬时频率 的变化成正比，然后用相位检波器解调，即可得到所需信号。 例如：正交鉴频器。这种方法的方框图如下所示。,为了实现调频波到调相调频波的变换，通常是用将调频 波延时 时间的方法。,在 满足一定条件时，可以得到相位变化与瞬时频率变化 成正比的调相调频波。,对于由单频余弦信号 对载波调频,所得到的调频信号将其延时 后可表示为：,解调方法（续2）,如果 的值较小，使得 ，,则上式可简化为：,可以看出，这是一个调相-调频波。,其中 为原调频信号的相角；,而 则为一附加相位，该附加相位与调制信号成正比。因此，这个附加相位部分包含了调制信号的信息。,该式表明，调频波延时 后，得到一个调相-调频波。,这里需要注意，这个结果是在假定 较小的情况下得到的， 通常要求延时 。,解调方法（续3）,4、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频 波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号 的幅度变化也与调制信号成正比。然后用幅度解调器解调，即可 得到所需信号。例如：斜率鉴频器，相位鉴频器。框图如下所示,为了实现调频波到调幅调频波的变换，可将调频波对t求导,对时间域微分；（相位鉴频器）,