频率调制与解调教学课件PPT.ppt

第7章频率调制与解调 7 1调频信号分析7 2调频器与调频方法7 3调频电路7 4鉴频器与鉴频方法7 5鉴频电路7 6调频收发信机及特殊电路7 7调频多重广播 7 2调频器与调频方法 7 2 1调频器实现调频的电路或部件称为调频器 频率调制器 或调频电路 对调频器的要求有调制性能和载波性能 1 调制特性线性要好 2 调制灵敏度要高 3 载波性能要好 4 最大频偏要满足要求 并且在保证线性度的条件下要尽可能地大一些 以提高线性范围 图7 10调频特性曲线 7 2 2调频方法1 直接调频法一般是用调制电压直接控制振荡器的振荡频率 使振荡频率f t 按调制电压的规律变化 若被控制的是lc振荡器 则只需控制振荡回路的某个元件 l或c 使其参数随调制电压变化 就可达到直接调频的目的 优点是在实现线性调频的要求下 可以获得较大的频偏 其主要缺点是频率稳定度差 间接调频时 调制器与振荡器是分开的 载波振荡器可以具有较高的频率稳定度和准确度 但较为复杂 实现间接调频的关键是如何进行相位调制 通常 实现相位调制的方法有如下三种 1 矢量合成法 针对的是窄带的调频或调相信号 对于单音调相信号 upm ucos ct mpcos t ucos ctcos mpcos t usin mpcos t sin ct当mp 12时 上式近似为upm ucos ct umpcos tsin ct 7 20 2 间接调频法 图7 11矢量合成法调 2 可变移相法 利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻件来实现调相 3 可变延时法 将载波信号通过一可控延时网络 延时时间 受调制信号控制 即 kdu t 则输出信号为u ucos c t ucos ct kd cu t 输出信号已变成调相信号了 3 扩大调频器线性频偏的方法对于直接调频电路 调制特性的非线性随最大相对频偏 fm fc的增大而增大 当最大相对频偏 fm fc限定时 对于特定的fc fm也就被限定了 其值与调制频率的大小无关 如果在较高的载波频率上实现调频 则在相对频偏一定的条件下 可以获得较大的绝对频偏 采用间接调频时 受到非线性限制的不是相对频偏也不是绝对频偏 而是最大相偏 7 3调频电路 7 3 1直接调频电路1 变容二极管直接调频电路1 变容二极管调频原理其结电容cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着如下关系 7 21 图7 12变容管的cj u曲线 静态工作点为eq时 变容二极管结电容为 7 22 设在变容二极管上加的调制信号电压为u t u cos t 则 7 23 将式 7 23 代入式 7 21 得 7 24 2 变容二极管直接调频性能分析 1 cj为回路总电容 图7 13为一变容二极管直接调频电路 cj作为回路总电容接入回路 图7 13 b 是图7 13 a 振荡回路的简化高频电路 由此可知 若变容管上加u t 就会使得cj随时间变化 时变电容 如图7 14 a 所示 此时振荡频率为 7 25 图7 13变容管作为回路总电容全部接入回路 在上式中 若 2 则得 7 26 一般情况下 2 将式 7 25 可以展开成幂级数 振荡频率随时间变化的曲线如图7 14 b 所示 图7 14变容管线性调频原理 调频灵敏度可以通过调制特性或式 7 27 求出 根据调频灵敏度的定义 有 7 29 二次谐波失真系数可用下式求出 7 28 图7 15加在变容管上的电压 特点 cj作为回路总电容的直接调频电路中 输出频偏大 调制灵敏度高 调频振荡器的中心频率由cq直接决定 而cq随温度 电源电压的变化而变化 会造成振荡频率稳定度下降 荡回路的高频电压完全作用于变容管上 使变容管的结电容受到直流偏置电压 调制电压和振荡高频电压的共同控制 变容管的电容值应由每个高频周期内的平均电容来确定 会产生寄生电容 图7 16变容管等效电容随高频电压振幅和偏压的变化 a j随u1变化曲线 b cj随e 变化曲线 2 cj作为回路部分电容接入回路 在实际应用中 通常 2 cj作为回路总电容将会使调频特性出现非线性 输出信号的频率稳定度也将下降 通常利用对变容二极管串联或并联电容的方法来调整回路总电容c与电压u之间的特性 图7 17就是变容管部分接入回路的情况 这样 回路的总电容为 7 30 图7 17部分接入的振荡回路 振荡频率为 式中 从式 7 32 可以看出 当cj部分接入时 其最大频偏为 7 33 图7 18cj与固定电容串 并联后的特性 图7 16变容二极管直接调频电路举例 a 实际电路 b 等效电路 2 晶体振荡器直接调频电路变容二极管 对lc振荡器 直接调频电路的中心频率稳定度较差 为得到高稳定度调频信号 须采取稳频措施 如增加自动频率微调电路或锁相环路 稳频的简单方法是直接对晶体振荡器调频 图7 20晶体振荡器直接调频电路 a 实际电路 b 交流等效电路 图7 20 a 为变容二极管对晶体振荡器直接调频电路 图 b 为其交流等效电路 此电路为并联型晶振皮尔斯电路 其稳定度高于密勒电路 其中 变容二极管相当于晶体振荡器中的微调电容 它与c1 c2的串联等效电容作为石英谐振器的负载电容cl 此电路的振荡频率为 7 34 皮尔斯振荡器的工作频率应由c1 c2 c3及晶体构成的回路决定 3 张弛振荡器直接调频电路调制信号控制恒流源发生器 当调制信号为零时 恒流源输出电流为i 当有调制电压时 输出电流为i i t i t 与调制信号成正比 图7 21三角波调频方框图 图7 22电压比较器的迟滞特性和输入 输出波形 7 3 2间接调频电路1 回路参数移相电路图7 24是一个变容二极管调相电路 将受调制信号控制的变容管作为振荡回路的一个元件 lc1 lc2为高频扼流圈 分别防止高频信号进入直流电源及调制信号源中 高q并联振荡电路的电压 电流间相移为 7 35 图7 24单回路变容管调相器 当 6时 tan 上式简化为设输入调制信号为u cos t 其瞬时频