第六章-高频电子电路超好PPT课件

.,1,6.1引言6.2调角波的性质6.3调频信号的产生6.4调频电路6.5调频信号的解调6.6限幅器6.7调制方式的比较6.8集成调频、鉴频电路芯片介绍,本章内容,.,2,本章重点与难点,（一）本章重点1）调频的概念以及调频信号的基本性质及特点2）变容二极管调频电路及典型电路分析；3）晶体振荡器调频电路；4）调频信号的产生及调频波的频谱；5）鉴频的概念，相位、比例鉴频器。（二）本章难点1）调相的概念与调相波形2）相位鉴频器,.,3,6.1引言频率调制或调频：在调制中，载波信号的频率随调制信号而变称为频率调制或调频，用FM（FrequencyModulation）表示。相位调制或调相：载波信号的相位随调制信号而变，称为相位调制或调相，用PM（PhaseModulation）表示。,.,4,角度调制和调角：在调频、调相过程中，载波信号的幅度都保持不变，而频率的变化和相位的变化都表现为相角的变化，因此，把调频和调相统称为角度调制和调角。,.,5,.,6,对图形的说明：略。,.,7,调频与调相的关系：调制信号为单一频率信号：u(t)=Ucost，高频载波信号：um=Umcos（ct）,.,8,一个固定频率的等幅载波载波信号的幅度；载波信号的角频率；载波信号的初相角。在时间间隔内，相角改变，当t足够小时，角频率就是,.,9,.,10,调频信号的瞬时角频率为：,调相信号的瞬时相位为：,相位与频率的关系：,调频信号的瞬时相位为：,.,11,调频信号和调相信号的表达式为：,结论：无论角频率的变化或相位的变化都可以归结为载波角度的变化，这正是调频与调相统称“角度调制”的原因。,.,12,6.2调角波的性质6.2.1调频及其数学表达式设调制信号为：u(t)=Ucost载波信号：uC=Umcosct,注意：调频时，载波信号的瞬时频率随调制信号呈线性变化，比例系数是kf：,.,13,最大频偏：,的最大值，用表示：,载波角频率,由调制信号所决定的角频率偏移,称频偏或频移，与成正比，即,.,14,单音调制时，对于调频信号：,调频波的表达式：,假定初相角时，则得：,.,15,叫调频波的调制指数，以符号mf表示它是最大频偏与调制信号角频率之比。mf值可以大于1（这与调幅波不同，调幅指数总是小于1的）。所以调频波的数学表达式为,若,.,16,图6-3调频波的波形示意图图6-4调相波的波形示意图,.,17,分析调频波图形：,.,18,6.2.2调相及其数学表达式,对于调相波，其瞬时相位除了原来的载波相位（wct+）外，又附加了一个变化部分(t)，这个变化部分与调制信号成比例关系，因此总的相角可表示为:,载波的初相位；,载波信号的相位,比例系数。,.,19,是由调制信号所引起的相角偏移，称为相偏或相移。,在单音调制时，的最大值称为调相指数。,以符号mp表示，即将式代入式,.,20,调频信号和调相信号的比较：略。,说明:调相信号的相角在载波相位的基础上，又增加了一项按余弦规律变化部分。,.,21,图6-3调频波的波形示意图图6-4调相波的波形示意图,.,22,1)2)调制指数调频时调制指数，与调制信号的振幅成正比，而与调制频率成反比。调相时调制指数，它与调制信号的振幅成正比，而与调制频率无关。,调制信号按余弦规律变化时，两者在相位上相差90,6.2.3调频与调相的关系,.,23,.,24,3)最大频率偏移的比较调频时，它的最大频偏与调制信号的振幅成正比，而与调制信号频率无关。调相时的最大频偏不仅与调制信号的振幅成正比，而且还和调制信号的角频率成正比。调相时，因调相波相位变化，必然产生频率变化。此时角频率的瞬时值为,.,25,是调相时的最大频率偏移，它不仅与调制信号的振幅成正比，而且还和调制信号的角频率成正比。当一定时,和m随的变化规律如图所示。,.,26,6.2.4调角波的频谱,.,27,具有以下特性:Jn(mf)=J-n(mf)，n为偶数Jn(mf)=-J-n(mf)，n为奇数,.,28,.,29,.,30,结论：,.,31,.,32,6.2.5调角信号的频带宽度理论上:调角信号的边频分量是无限多的，即它的频谱是无限宽。实际上:已调信号的能量绝大部分是集中在载频附近的一些边频分量上，从某一边频起，它的幅度便非常小（工程上习惯，凡是振幅小于载波振幅的10%的边频分量可以忽略不计）。,.,33,贝塞尔函数的特点：阶数时，贝塞尔函数的数值(n的增加)。阶数时，所以，实际上我们可以认为有效的高低边频的总数等于个。,.,34,(适用于mf1的情况，也就是宽带调频)对于mf1/2。注意：n值越大，电容变化量随偏压变化越显著。,.,57,由于变容二极管接在振荡器回路中，其结电容成为回路电容的一部分。当调制电压加在变容二极管上使加在变容二极管上的反向电压受u控制从而使得变容二极管的结电容受u控制则回路总电容C也要受u控制最后使得振荡器的振荡频率受u控制，即瞬时频率随u的变化而变化。,变容二极管调频原理,.,58,.,59,.,60,此电容C由两部分组成，一部分是为固定值；另一部分是为变化值，是变化部分的幅度，则有,.,61,在Uo2，Uo为正值；f0当时，Uo1Uo2Uo0,.,124,图6-33耦合系数K对S曲线的影响,图6-34品质因数Q对S曲线的影响,上述关系用曲线表示出来，与图6-29相似，也呈S形，S曲线表示了鉴频特性。,曲线表示了鉴频特性。,.,125,.,126,经包络检波器输出为：,.,127,注意：与f成线性关系，故能完成解调。,.,128,6.5.4比例鉴频器相位鉴频时:在它的前级必须加限幅器，以去掉调频波的寄生调幅。比例鉴频器:限幅功能,.,129,与相位鉴频器有以下几点不同：1一个二极管V1反接，2有一个大电容量C5跨接在电阻（R3+R4）两端，3检波电阻中点和检波电容中点断开，输出电压取自M、E两端，而不是取自F、G两端。在负载电阻RL中，C3和C4放电电流的方相反,因而起到了差动输出的作用。,注意：从频率变化转换成幅度变化的过程与相位鉴频器相同。,.,130,现在着重分析两个问题：为什么检波器输出，可反映频率的变化。为什么这种电路具有限幅作用。分析：V1检波C3UO1V2检波C4UO2UC=UO1+UO2,.,131,UC=UO1+UO2注意：由于C5很大，其放电时间常数C5(R3+R4)很大。在音频一周内，C5上电压可以认为是恒定的，并且不会因输入信号幅度瞬时的变化而变化。R3=R4故：UF=+UC/2UG=-UC/2,.,132,输出电压的大小为：UME=-UO2+UC/2=UO1-(UO1+UO2)/2=(UO1UO2)/2=d(Ud1Ud2)/2结论：与相位鉴频比较可知，完成了频率变化转换成幅度变化的过程,.,133,由此可分析出相位鉴频器的限幅原理。,.,134,6.6限幅器6.6.1概述在传输过程中，由于各种干扰的影响，将使调频信号产生寄生调幅。这种带有寄生调幅的调频信号通过鉴频器（比例鉴频器除外），使输出电压产生了不需要的幅度变化，因而造成失真，使通信质量降低。解决办法：为了消除寄生调幅的影响，在鉴频器（比例鉴频器除外）前可加一级限幅器。对限幅器的要求是在消除寄生调幅时，不改变调频信号的频率变化规律。,.,135,注意：限幅过程是一个非线性过程，在输出信号中必然产生许多新的频率成分。解决办法：用谐振回路或其它形式的带通滤波器将不需要的频率成分滤掉，以得到恒定振幅的调频正弦波。,.,136,结论：限幅器通常由非线性元件和谐振回路所组成，当带有寄生限幅的调频信号通过非线形元件后，便削去了幅度变化部分；但此时波形产生了失真，即有新的频率成分出现，就靠谐振回路来滤除。,限幅特性曲线：工作原理：略。,6.6.2二极管限幅器,.,137,工作原理:当输入信号小时，谐振电路电压低，如果其幅值小于二极管的正向导通电压，则二极管相当于开路，对放大输出不影响。如果信号有足够大，谐振电路电压高，则两个二极管在副半周的部分时间内交替导通。,.,138,因为二极管的正向电阻随所加的电压而变，电压越大则正向电阻越小，故信号越大，二极管内阻越小，使谐振电路Q值下降，从而起到阻止输出增大的作用。谐振电路电压增幅将限制在二极管正向电压范围内。例如若是硅管，则谐振电路的电压幅值约为0.7V。图（b）:略。,.,139,6.6.3晶体管限幅器利用三极管作消波元件组成的限幅电路，如图所示。从形式上看，它与一般的调谐放大器没有什么区别，但其工作状态却有别与调谐