模电频率变换电路角度PPT课件

.,1,一、调频、调相的定义、波形及数学表达式,定义调频（FM）：载波的幅度不变，而瞬时角频率WC（t）随调制信号u作线性变化。调相（PM）：载波的幅度不变，而瞬时相位C（t）随调制信号u作线性变化。,.,2,调频、调相波形,.,3,数学表达式,FM设载波uCUCmcoswCt调制信号uUmcost瞬时角频率wC（t）=wCkfUmcost=wCwfmcostwC载波角频率，即调频波中心角频率kf调频灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的频率变化wfm调频波最大角频偏，表示FM波频率摆动的幅度，wfm=kfUm最大频偏？,.,4,FM波表达式,wC（t）=d（t）/dt（t）=wC（t）dt+0=wCt+wfm/sint+0=wCt+mfsint+0,则uFMUCmcos（t）=Ucmcos（wCt+mfsint）,mfwfm/=kfUm调频系数,.,5,PM,瞬时相位（t）=wCtkpUmcost=wCt+mpcostwC载波角频率kp调相灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的相位变化，单位rad/Vmp调相系数，即最大相位偏移，表示PM波相位摆动的幅度，mp=kpUm单位为rad。,.,6,PM波表达式,uPMUCmcos（t）=Ucmcos（wCt+mpcost）,调相系数mp=wpm/,wpmPM波最大角频偏wpm=mp=kpUm,w（t）=d（t）/dt=wCmpsint=wCwpmsint,.,7,二、调频波的频谱及带宽(p138),uFM=Ucmcos（wCt+mfsint）=UcmcoswCtcos（mfsint）UcmsinwCtsin（mfsint）窄带调频（mf1）cos（mfsint）1sin（mfsint）mfsintuFMUcmcoswCtmfUcmsinwCtsint频谱包含一个载频、两个边频带宽BW=2F,.,8,宽带调频（mf1）,频谱包含一个载频和无穷多对边频分量有效带宽BW=2（1+mf）F=2（f+F）同理调相波有效带宽BW=2（1+mp）F,.,9,宽带调频（mf1）,.,10,3.调频波的平均功率,根据帕塞瓦尔定理，调频波的平均功率等于各个频率分量平均功率之和。即PoUcm2/2Jl2（mf）Jl2（mf）1(根据贝塞尔函数）PoUcm2/2这说明，在Ucm一定时，调频波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，其值与mf无关。,.,11,三、调频、调幅比较,调频优点：抗干扰性强功率管利用率高信号传输保真度高调频缺点：只能工作在超短波以上波段电路结构复杂,.,12,四、调频、调相比较,在模拟通信中，系统带宽相同时，调频系统接收机输出端的信噪比明显优于调相系统，故广泛采用调频制。在数字通信中，相位键控的抗干扰能力优于频率键控和幅度键控，因而调相制获得广泛应用。,.,13,例1.已知调制信号u5cos（2103t）V，调角信号表达式u(t)10cos2106t10cos（2103t）V，试指出该调角信号是调频还是调相信号？调制系数、载波振幅以及最大频偏各为多少？（调相、mp10rad、10V、10kHz）,调相系数mp=wpm/,.,14,已知：载波uC（t）10cos（250106t）V，调制信号u（t）5cos（2103t）V，调频灵敏度Kf=2*10krad/s求：1、调频波表达式2、最大频偏fm3、调频系数mf和有效带宽BW,1、u(t)10cos（250106t+50sin2103t）V2、fm=KfUm/2=50KHz3、mf=fm/F=50KHz/1KHz=50radBW=2(mf+1)F=102KHz,mfwfm/=kfUm调频系数,.,15,8.3.2调频电路,实现调频的方法有两种：直接调频法和间接调频法。直接调频是用调制信号控制振荡器的频率（通过改变回路元件参数来实现）。在直接调频电路中，振荡器与调制器合二为一。这种方法的主要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。间接调频是把调制和振荡分开，即先对调制信号进行积分，然后对载波进行调相而获得调频波的。这种调频的方法载频稳定度高，但最大相偏通常有限。,.,16,1）直接调频电路,一、变容二极管直接调频变容二极管的符号及变容特性PN结二极管是单向导电元件，若将其反向偏置，并始终控制在截止区时，PN结成为一个与反向控制电压有关的电容，因此PN结二极管可制成变容二极管。,.,17,变容二极管的符号及变容特性,.,18,2)变容二极管直接调频电路原理图,.,19,调频原理,调谐回路电容由C和变容二极管Cj串联组成，其中CCj，故回路的瞬时谐振频率主要由Cj决定。即w1/LCj调制信号通过加在变容二极管上，用来控制它的容量Cj，也就控制该调谐回路的谐振频率。,.,20,实际电路分析1,.,21,实际电路分析2,.,22,变容二极管(直接）调频电路的优缺点,优点：电路简单、频偏大缺点：振荡（中心）频率不稳定,.,23,2间接调频电路,调制器与振荡器是分开的，对振荡回路影响小，频率稳定度高。,.,24,间接调频原理利用调相的方法来实现调频,wC（t）=d（t）/dt（t）=wC（t）dt先对调制信号进行积分，然后再进行调相，从而得到调频波。,.,25,2)间接调频电路,从调相转换为调频,.,26,单谐振回路变容管调相电路,.,27,三级单回路变容管调相电路,.,28,8.3.3鉴频电路,几个概念：鉴频：对调频信号进行解调鉴相器：完成调相信号解调任务的电路称为相位检波器，简称鉴相器。鉴频器：完成调频信号解调任务的电路称为频率检波器，简称鉴频器。,.,29,鉴频基本方法,斜率鉴频器：先将调频信号通过频幅转换网络变成调频调幅信号,然后利用包络检波的方式取出调制信号相位鉴频器：先将调频信号通过频相转换网络变成调频调相信号,然后利用鉴相方式取出调制信号,.,30,3.斜率鉴频器,.,31,上图中，回路的谐振频率f01fC，回路的谐振频率f02fC。为保证鉴频的线性范围，调f01、f02，使f02-f012fmax为使鉴频特性曲线对称，还应使f02-fC=fC-f01。,.,32,这种电路的主要缺点是调试比较困难实际中应用较多的是两个单失谐回路组成的双失谐回路鉴频器。,.,33,4、相位鉴频器1)鉴相原理,经低通滤波器后，可滤除高频分量,鉴相特性接近于直线。鉴相电路的线性鉴相范围越宽越好,.,34,2)乘积型相位鉴频器1)乘积型相位鉴频器实现模型,.,35,2)实际应用电路,.,36,3.叠加型相位鉴频器实现模型,.,37,互感耦合相位鉴频器1)原理图,.,38,各元件作用,L1、C1调谐于fc的初级回路L2、C2调谐于fc的次级回路Lc高频扼流圈，提供直流通路Cc高频耦合电容，把U1耦合到Lc两端加到检波管上的电压UD1=U1+U2/2UD2=U1-U2/2鉴频器输出电压U0=KD（|UD1|-|UD2|）,.,39,2)工作原理,为分析方便，忽略初、次级线圈损耗，忽略初级回路对次级反射阻抗以及次级回路对初级反射阻抗,.,40,2)工作原理,f=fc时，wL2=1/wC2（谐振），I2和E同相，U2、U1有相位差90，这时|UD1|=|UD2|，即检波后电压相等且反相，故输出电压U0=0。ffc时，wL21/wC2（感性），I2滞后E，U2、U1相位差大于90，这时|UD1|UD2|，即检波后电压相等且反相，故输出电压U00。,.,41,ffc时，wL21/wC2（容性），I2超前E，U2、U1相位差小于90，这时|UD1|UD2|，即检波后电压相等且反相，故输出电压U00。故FM波的f随调制信号变化U2、U1相位差变化（FM-PM）加到检波器上的电压幅度变化（FM-AM）包络检波得到原调制信号,.,42,3)互感耦合相位鉴频器相量图,.,43,4.互感耦合相位鉴频器的鉴频特性,.,44,三、鉴频特性曲线的调整1.鉴频特性曲线的调整示意图,.,45,2.调整内容（1)零点调整（调次级回路）,次级回路调谐得偏高（低）时，当输入信号为6.5MHz，次级呈容（感）性，U2、U1相位差不是90，使|UD1|UD2|，故输出电压U00。使S曲线移动。,.,46,(2)对称性调整（调初级回路）,初级回路调谐不准，而次级调谐于6.5MHz，且输入为6.5MHz时，U2、U1相位差仍为90，U0=0，S曲线仍通过零点，但上下不对称。,.,47,(3)线性范围调整（调初、次级回路耦合度）,如果鉴频宽度W达不到要求，可以调整初、次级的耦合系数。,.,48,高频电子线路,第8章角度调制及解调8.4自动频率控制,.,49,8.4自动频率控制（AFC）,一、自动频率控制的任务和分类任务：自动调节振荡器的振荡频率，使振荡频率稳定在某一预期的标准频率附近。分类：跟踪式、搜索式,.,50,二、AFC的工作原理1.AFC的原理框图,.,51,2.工作原理,标准频率源的振荡频率为fi，压控振荡器VCO的振荡频率为fs。在频率比较器中将fs与fi进行比较，输出一个与fsfi成正比的误差电压ud。ud作为VCO的控制电压，使VCO的输出振荡频率fs趋向fi。,.,52,当fsfi时，ud0，VCO不受影响，fs不变。当fsfi时，ud0，VCO在ud的作用下使其输出频率fs趋向fi。经过多次循环，最后fs与fi的误差减小到某一最小值f（称剩余频差）。这时VCO将稳定在fsf。,.,53,三、AFC的应用1.采用AFC的调幅接收机,它比普通调幅接收机增加了鉴频器、低通滤波器和直流放大器，同时把本地振荡器改为压控振荡器。采用AFC电路后，中频放大器的带宽可以减小。,.,54,2.采用AFC的调频器（1）组成框图,.,55,2.采用AFC的调频器,采用AFC的目的在于稳定调频振荡器的中心频率，即稳定调频信号输出电压uo的中心频率。图中调频振荡器就是压控振荡器，它由变容二极管和L组成的LC振荡器。,.,56,由于石英晶体振荡器无法满足调频波频偏的要求，因而只能采用LC振荡器。但是LC振荡器的频率稳定度差，因此用稳定度很高的石英晶体振荡器对调频振荡器的中心频率进行控制，从而达到中心频率稳定，又有足够的频偏的调频信号uo。,.,57,（2）稳频过程,石英晶体振荡器的晶体频率为f，调频振荡器的中心频率为fc。将鉴频器的中心频率调整在ffc上。当调频振荡器中心频率发生漂移时，混频器的输出频差也随之变化，这时鉴频器的输出电压也随之变化。,.,58,经过窄带低通滤波器，将得到一个反映调频波中心频率漂移程度的缓慢变化的电压ud。ud加到调频振荡器上，调节调频振荡器的中心频率，使其漂移减小，稳定度提高。,.,59,3.超外差接收机AFC系统,.,60,稳频过程,本振频率未变时：鉴频器中心频率调在接收机额定中频上，设接收有用信号载频为fs，本振频率为fLO，混频后输出的中频fIfLOfs，它正好等于鉴频器中心频率，因此，鉴频器输出电压uPD0，送到压控振荡器的电压为零，压控振荡器频率不变，仍为固定频率fLO。,.,61,稳频过程,本振频率变化时：如果由于某种因素使本振频率正向偏离f，即本振频率为fLOf，混频后的中频也偏移为fIf。因此鉴频器有了输出电