高频电子线路第7章角度调制电路ppt课件

1、第第 七章七章 角度调制电路角度调制电路高频振荡正弦波信号：高频振荡正弦波信号： tCOSUtCOSUtuccmm )()(假设利用调制信号假设利用调制信号 )(tu 去控制三个参量中的某个，去控制三个参量中的某个， 可产生调制的作用可产生调制的作用:amphitude modulation AM: )()(tukUtUacmm frequency modulation FM :)()(tuktfc phase modulation PM: )()(tukttpc 角度调制角度调制 AM调制方式中调制方式中 AM DSB 属于频谱线性搬移电路属于频谱线性搬移电路,调制信号寄生于已调调制信号寄生

2、于已调信号的振幅变化中信号的振幅变化中FMPM 调制方式中：属于频谱的非线性搬移电路调制方式中：属于频谱的非线性搬移电路,已调波为等幅波已调波为等幅波,调调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中制信息寄生于已调波的频率和相位变化中 SSB 第一节第一节 概概 述述)()(tuktfc )()(tukttpc 角度调制角度调制 频率调制频率调制 FM :相位调制相位调制 PM :一、角度调制的定义一、角度调制的定义频率调制的定义是高频振荡信号的频率调制的定义是高频振荡信号的振幅不变，瞬时频率随调制信号线性变振幅不变，瞬时频率随调制信号线性变化。常用化。常用FM表示。表示。相位调制的定义是高频振荡信

3、号的相位调制的定义是高频振荡信号的振幅不变，瞬时相位随调制信号线性变振幅不变，瞬时相位随调制信号线性变化。常用化。常用PM表示。表示。相位调制和频率调制统称为角度调相位调制和频率调制统称为角度调制。制。二、角度调制的优点和用途二、角度调制的优点和用途 相对振幅调制而言，抗干扰才干更强。由相对振幅调制而言，抗干扰才干更强。由于其有用信息包含在频率中而不是振幅中。于其有用信息包含在频率中而不是振幅中。tUtuccmccos)(设载波为瞬时角频率与瞬时相位关系：瞬时角频率与瞬时相位关系：tttcc)()(瞬时相位：则瞬时角频率：dttdtdttt)()()()(0关系：关系： 优点：优点： 抗干扰才

4、干强、较高的载波功率利用系数抗干扰才干强、较高的载波功率利用系数 缺陷：缺陷： 占有更宽的传送频带。占有更宽的传送频带。 调频主要运用于调频广播、广播电视、通讯及遥测遥控等；调频主要运用于调频广播、广播电视、通讯及遥测遥控等； 调相主要用于数字通讯系统中的移相键控。调相主要用于数字通讯系统中的移相键控。调频波的目的主要有以下几个：调频波的目的主要有以下几个：1)1)频谱宽度频谱宽度2) 2) 寄生调幅寄生调幅3) 3) 抗干扰才干抗干扰才干FM，PM从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调(AM)振幅解调振幅解调检波检波 (FM)频率解调频率解调鉴频鉴频

5、 detection (frequency discrimination)(PM)相位解调相位解调鉴相鉴相(phase detection) vAM一、调角波的数学表示式、瞬时频率和瞬时相位：一、调角波的数学表示式、瞬时频率和瞬时相位：一调相波的表达式：一调相波的表达式：)(,cos)(tutUtuccmc调制信号为设载波为)(cos)(tUtum为设调相波的一般表达式由调相波的定义有：由调相波的定义有：dttdukdttdttukttUUpcpccmm)()()()()(,瞬时频率：瞬时相位：振幅不变：)(cos)(cos)(tuktUtUtupccmm第二节第二节 调角波的根本性质调角信号

6、的分析调角波的根本性质调角信号的分析 dttdukdttdtpc)()()( 瞬时频率瞬时频率 瞬时相位瞬时相位 调相波阐明：调相波阐明：瞬时相位与调制信号成线性关系瞬时相位与调制信号成线性关系)()(tukttpc 调相时，振幅不变，即：调相时，振幅不变，即：Um=Ucm PM波的表达式为：波的表达式为： )(costuktUupccmPM 其中：其中： tc ：为载波的相位角。：为载波的相位角。 pk：调相灵敏度，：调相灵敏度， )()(tutkp ，单位调制信号振幅引起的相位偏移，单位调制信号振幅引起的相位偏移. )()(tuktp ：瞬时相位偏移，即：瞬时相位偏移，即 )(t 相对于相

7、对于 tc 的偏移量。的偏移量。二调频波的表达式：二调频波的表达式：)(,cos)(tutUtuccmc调制信号为设载波为)(cos)(tUtum为设调相波的一般表达式由调频波的定义有：由调频波的定义有：dttuktdttttuktUUtfctfccmm00)()()()()(,瞬时相位：瞬时频率：振幅不变：)(cos)(cos)(0dttuktUtUtutfccmm瞬时角频率与调制信号成线性关系瞬时角频率与调制信号成线性关系瞬时角频率瞬时角频率 瞬时相位瞬时相位 调频波阐明：调频波阐明：调频时，振幅不变，即：调频时，振幅不变，即：Um=Ucm )()(tuktfc tttfcfcdttukt

8、dttukdttt000)()()()( 其中：其中：: 载波角频率，载波角频率，FM波的中心频率波的中心频率. c ： 调频灵敏度，调频灵敏度， fk单位调制信号振幅引起的频率偏移单位调制信号振幅引起的频率偏移 .)()(tuktF ,瞬时频率偏移简称频偏瞬时频率偏移简称频偏,寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移寄载了调制信息，表示瞬时频率相对于载波频率的偏移 .)()(tutkf tfccmFMdttuktUtu0)(cos)( 调频波的调频波的表达式表达式 二、调角波的根本性质二、调角波的根本性质)(cos0dttuktUtfccm)(costuktUpccm调频波与调相波的

9、比较：表调频波与调相波的比较：表7-1dttukttfc0)()(tuktpc)(tukfcdttdukpc)(max0)( dttuktfmax)(tukpmax)(tukfmax)(dttdukp调频波调频波调相波调相波数学表示式数学表示式瞬时相位瞬时相位瞬时频率瞬时频率最大相移最大相移最大频移最大频移一调制指数的定义：一调制指数的定义：定义：调角波的最大相移称为调制指数。定义：调角波的最大相移称为调制指数。调频指数：调频指数：max0)( dttukmtff调相指数：调相指数：max)(tukmpptUtumcos)(调频指数：调频指数：mffUkm那么调相指数：那么调相指数：mppUk

10、m设调制信号为：设调制信号为：二最大频移与调制指数的关系：二最大频移与调制指数的关系：调相波的最大频移：调相波的最大频移：mpppmUkdttdukmax)(pm调频波的最大频移：调频波的最大频移：mfffmUktukmax)(fm故调角波的最大频移：故调角波的最大频移：mm三调频波与调相波的表达式：三调频波与调相波的表达式：tUtumcos)(调制信号为：调制信号为：tUtuccmccos)(设载波信号为：设载波信号为：那么调相波表达式：那么调相波表达式：)(cos)(tuktUtupccmcoscostUktUmpccmcoscostmtUpccm那么调频波表达式：那么调频波表达式：)(c

11、os)(0dttuktUtutpccmsincostUktUmpccmsincostmtUfccm例：例：tUtumcos)(调制信号为调制信号为tUtuccmcsin)(设载波信号为设载波信号为写出调相波和调频波的表达式写出调相波和调频波的表达式cossin)(tmtUtupccmpsinsin)(tmtUtufccmf解：解：mffUkm,mppUkm四调频波与调相波的波形：四调频波与调相波的波形：图图(a)为调制信号为调制信号,为三角波为三角波图图(b)为调频波的瞬时频移：为调频波的瞬时频移：)()(tuktfdttduktp)()(图图(c)为调相波的瞬时频移：为调相波的瞬时频移：图图

12、(e)为调相波的波形：为调相波的波形：图图(d)为调频波的波形：为调频波的波形：特点：瞬时频移最大点对应特点：瞬时频移最大点对应波形最密，最小点对应波形波形最密，最小点对应波形最稀。最稀。最大最大最密最密最小最小最稀最稀例：tUtumsin)(调制信号为调制信号为tUtuccmccos)(设载波信号为设载波信号为画出调相波和调频波的波形画出调相波和调频波的波形)(tut)(tFMt)(tPMt)(tuPMt)(tuFMt五讨论五讨论coscos)(sincos)(tmtUtutmtUtuccmPMccmFM mp mmmf FM波：波： Ukfm Ukmff PM波：波： Ukpm Ukmpp

13、可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而添加，而调可以看出调相制的信号带宽随调制信号频率的升高而添加，而调 频波那么不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。频波那么不变，有时把调频制叫做恒定带宽调制。2 2调频波的波形调频波的波形1 1普通调角信号的表达式：普通调角信号的表达式：调频波是波调频波是波形疏密变化形疏密变化的等幅波的等幅波调频波调频波调相波调相波调频与调相的关系调频与调相的关系总结总结 载波信号：载波信号：1. 调制指数调制指数(最大相移最大相移)mfffUkm调频时调频时调相时调相时mppUkm 2. 最大频率偏移最大频率偏移频偏频偏mffUkmpppUkm与调制信号振幅成正与

14、调制信号振幅成正比，频率成反比。比，频率成反比。与调制信号频率无关。与调制信号频率无关。与调制信号的幅度成正比，与调制信号的幅度成正比，与其频率无关与其频率无关FMPM与调制信号频率成正比与调制信号频率成正比3. FM与与PM的共同点的共同点频偏即最大频率偏移频偏即最大频率偏移 m 与调制指数与调制指数m 之间都满之间都满足：足： m = m fm = mF mm Ffmm m：调制指数，是一个无因次量：调制指数，是一个无因次量(没有单位的物理量没有单位的物理量)假设设载波：假设设载波： tUtuccmc cos)( 调制信号：调制信号： tUtu cos)( FM波波 PM波波(1) 瞬时频

15、率：瞬时频率： )()(tuktfc dttduktpc)()( 调频信号与调置信号的比较调频信号与调置信号的比较(2)瞬时相位：瞬时相位： tfcdttuktt0)()( )()(tukttpc (3)最大频偏最大频偏 mffmUktuk max| )(| mppmUkdttdukmax|)(| (4)最大相位：最大相位： mftfmfUkdttukmmax0|)(| mppmpUktukm max| )(| (5) 表达式表达式: sincos)(cos)(0tmtUdttuktUtufccmtfcmFMcoscos)(cos)(tmtUtuktUtupccmpcmPM 调相波和调频波的频

16、谱一样，以调频波为例：调相波和调频波的频谱一样，以调频波为例：一调频波的展开式：一调频波的展开式：三、调角信号的频谱与带宽三、调角信号的频谱与带宽 )sinsin(sin)sincos(cos)sincos()(tmtUtmtUtmtUtufccmfccmfccmFMtUtumcos)(调制信号调制信号tUtuccmccos)(设载波信号设载波信号tnmJmJtmnfnff2cos)(2)()sincos(120tnmJtmnfnf) 12sin()(2)sinsin(012利用三角公式：利用三角公式： sinsincoscos)cos(sincos)(tmtUtufccm那么调频波表示那么调

17、频波表示式：式： 式中：式中： )(mJn称为第一类称为第一类Bessel function，当，当m，n一定时，一定时， )(mJn为定系数，其值可以由曲线和函数表查出。所以：为定系数，其值可以由曲线和函数表查出。所以： 又利用三角函数积化和差公式：又利用三角函数积化和差公式： )cos(21)cos(21sinsin)cos(21)cos(21coscos 所以上式最终可表示为：所以上式最终可表示为： tmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtmJUtnmJUtucfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmcfcmncncm)4cos()()4c

18、os()()3cos()()3cos()()2cos()()2cos()()cos()()cos()(cos)()cos()()(443322110 载波载波第一边频第一边频第二边频第二边频第三边频第三边频第四边频第四边频01212sin) 12sin()(2cos2cos)(2)()(ncncmcnnocmFMttnmJUttnmJmJUtuc-FM / PM的频谱的频谱c+cc+2c+3c+4c-2c-3c-4 FM/PM 信号的频谱由载频信号的频谱由载频 c 和无限对上，下边频分量和无限对上，下边频分量 )( nc 组成组成. 其中：其中： c 分量：分量： cmoUmJ)(，其大小决议

19、于，其大小决议于m : 上上, ,下边频分量下边频分量 )( nc cmnUmJ)(,与与m和和n的大小有关。的大小有关。c调制信号调制信号u载波载波uo2、由第一类、由第一类Bessel function的性质：的性质： )()1()(mJmJnnn 所以有所以有 : 为为奇奇数数为为偶偶数数nmJmJnmJmJnnnn),()(),()( 各边频分量与载频分量之间的频率间距为各边频分量与载频分量之间的频率间距为n ，且当，且当n为偶数时，上下边频为偶数时，上下边频分量符号一样，而当分量符号一样，而当n=奇数时，上下边频分量符号相反。奇数时，上下边频分量符号相反。 二调频波频谱的特点：二调频

20、波频谱的特点：1、以载频为中心，由无数对边频分量组成，它不是调制信号的简单搬移。、以载频为中心，由无数对边频分量组成，它不是调制信号的简单搬移。3、各边频分量的振幅取决于、各边频分量的振幅取决于Jn(mf) ，而，而 Jn(mf)与与mf有关。有关。三调角波的频谱宽度：三调角波的频谱宽度： 1，实际上，调角波的频谱包含无数对边频，频谱宽，实际上，调角波的频谱包含无数对边频，频谱宽度为无限大。度为无限大。 2，实践运用中，实践运用中,当当mf一定时一定时, Jn(mf)随着随着n的增大而减的增大而减小小.如图如图7-1和表和表7-2所示所示.假设忽略振幅小的边频分量假设忽略振幅小的边频分量,那那

21、么带宽为有限值。么带宽为有限值。0123456789101112 0.4 0.200.20.40.60.81.0Jn(mf)J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10mf图图71 第一类贝塞尔函数曲线第一类贝塞尔函数曲线 图图7-1可阐明：当可阐明：当mf一定时一定时,虽然虽然Jn(mf)是起伏的，是起伏的，但总体趋势是但总体趋势是J0(mf) J1(mf) J2(mf) J3(mf) .图 7-3 第一类贝塞尔函数曲线mf一样时，随着贝塞尔函数阶数升高，其值变化不一定越小。一样时，随着贝塞尔函数阶数升高，其值变化不一定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。这意味着，调频波的频谱

22、幅度不是线性递减的。表表7-2有规律：当有规律：当nm+1时时,当当Jn(mf) 1% 大频偏大频偏 1% 小频偏小频偏cmff)/(VHzufKf 1、调制线性特性、调制线性特性2、调制灵敏度：单位调制电压、调制灵敏度：单位调制电压变化所产生的频率偏移变化所产生的频率偏移 (要大要大)间接调频：对调制信号先积分后调相， fC较稳定，但是频偏小 。调频调频电路电路直接调频：对振荡器直接进展频率调制, 可获大频偏，但fC不稳定。直接调频调频方法调频方法:)(cos)(0dttuktUtutfccmFM一、直接调频和调相原理一、直接调频和调相原理( )( )cftk ut)(tu 调调频频器器(

23、)FMutdirectFM直接调频：直接调频： 调制信号直接控制载波振荡器的频率调制信号直接控制载波振荡器的频率)(cos)(0tfcFMdttuktUtu)(cos)(tuktUtupcPM)(tu 调调相相器器)(costuktUupcPMPM,direct直接调相直接调相 正弦振荡型直接调频电路模型正弦振荡型直接调频电路模型 在实践运用中，是用调制信号去控制决议振荡器振荡频率在实践运用中，是用调制信号去控制决议振荡器振荡频率的振荡回路的可变电抗值，从而使载波振荡器的瞬时频率按的振荡回路的可变电抗值，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地变化。调制信号变化规律线性地变化。 VC

24、O的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。 )(tu VCO)(cos)(dttuktUtufcFM 式中：式中：U为振荡信号的振幅，为振荡信号的振幅， c :当当 0)( tu时的振荡频率，时的振荡频率，k f为为:VCO控制灵敏度。控制灵敏度。 用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容C C或回路电感或回路电感L L，并使振荡频率并使振荡频率正比于所加调制信号电压，即可实现调频。正比于所加调制信号电压，即可实现调频。 在直接调频法中常采用压控振荡器在直接调频法中常采用压控振荡器Voltage C

25、ontrol Oscillator作作为频率调制器来产生调频信号。为频率调制器来产生调频信号。VCO中最常用的压控元件：中最常用的压控元件：变容二极管变容二极管 由晶体管和场效应管组成的电抗电路。由晶体管和场效应管组成的电抗电路。 压控振荡器直接调频：优点：可获得较大频偏。缺陷：中心频率稳定压控振荡器直接调频：优点：可获得较大频偏。缺陷：中心频率稳定性差，常采用自动频率微调性差，常采用自动频率微调automatic frequency control automatic frequency control ，AFCAFC电路来抑制载频偏移。电路来抑制载频偏移。通常有：通常有： ，压控振荡器的输

26、出信号即为调频信号。，压控振荡器的输出信号即为调频信号。)()(ftuktc(2) 把把 )(tu 先微分后再调频，可以得间接调相先微分后再调频，可以得间接调相indirect PM 微微分分调调频频(1)假设把假设把 )(tu 先积分后，再经过调相器，也可得到对先积分后，再经过调相器，也可得到对 )(tu 而言的调频波，也称为间接调频。而言的调频波，也称为间接调频。indirect frequency modulation)(tu tdttu0)(积积分分调调相相tpcFMdttuktUu0)(cos )(tu )(costuktUupcPM )(tudtd 二、间接调频和调相原理二、间接调

27、频和调相原理瞬时频率瞬时频率)(t瞬时相位瞬时相位)(ttttd )(0 )(ttdd tttkt0fd)()(u d)(cos)(0pttktUtutccm u 积分电路积分电路RC电路电路RC调制信号调制信号控制变容元件的控制变容元件的信号信号（调制信号调制信号被积分被积分）CR1其中其中第四节第四节 变容二极管直接调频变容二极管直接调频一、变容二极管的特性一、变容二极管的特性(1)符号：符号：或或Varactor diode direct FM)1 (DrjoUuCCj2 2变容二极管的特性变容二极管的特性分散电容分散电容(diffusion capacitance)正向偏置，电容效应比

28、较小。正向偏置，电容效应比较小。 势垒电容势垒电容(barrier capacitance)反向偏置反向偏置 ，势垒区呈现的电容效应。，势垒区呈现的电容效应。 所以为利用所以为利用PN结的电容，结的电容，PN结应任务在反向偏置形状结应任务在反向偏置形状. PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而公用的变容二结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而公用的变容二极管，是经过特殊工艺处置控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布使势极管，是经过特殊工艺处置控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现

29、较大变化的压控变容元件。结电容结电容C j与反偏电压与反偏电压ur的关系：的关系：式中式中Cj0： 0ru时的电容值零偏置电容时的电容值零偏置电容:ru反向偏置电压，反向偏置电压，UD：PN结势垒电位差。结势垒电位差。 V3 .0:GeV7 .0:Si ：结电容变化指数，通常：结电容变化指数，通常=1/21/3，经特殊工艺制成的超，经特殊工艺制成的超突变结电容突变结电容 =15PN结具有电容效应结具有电容效应 可以看出可以看出C j与与ur之间是非线之间是非线性关系，即变容二极管属于非线性关系，即变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容根本上性电容，这种非线性电容根本上不耗费能量，产生的噪声量

30、级也不耗费能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。声非线性电容。)1 (DrjoUuCCj结电容结电容C j与反偏电压与反偏电压ur的关系：的关系：urCjCj00留意：变容二极管必需在反偏压形状任务留意：变容二极管必需在反偏压形状任务变容管的变容管的Cj ur曲线曲线二、根本原理二、根本原理 虚线左边是互感耦虚线左边是互感耦合振荡器。合振荡器。1.电路特点电路特点 虚线右边是变容虚线右边是变容二极管和它的偏置二极管和它的偏置电路。变容二极管电路。变容二极管的电容值影响振荡的电容值影响振荡器的频率。器的频率。)(1)(11jcjcCCCCCL

31、t+-ru)()(tuVtuVVuQBCCr由于扼流线圈由于扼流线圈ZL对直流和低频电压短路对直流和低频电压短路,所以：所以： Cc是变容管与是变容管与LlC1回路之间的耦合电容，同时起到隔直流回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的作用；的作用；C为对直流电压的旁路电容；为对直流电压的旁路电容； L2是高频扼流圈，但是高频扼流圈，但让调制信号经过。它的作用都是将振荡回路和变容管的控制电让调制信号经过。它的作用都是将振荡回路和变容管的控制电路隔离防止它们之间的相互影响。路隔离防止它们之间的相互影响。 因此，等效的振荡回路可画成因此，等效的振荡回路可画成右图，主体是右图，主体是LCLC互感耦合正弦振

32、荡互感耦合正弦振荡电路。电路。 以下图中的振荡器为电容三点式振荡器。为了突出调频性能的以下图中的振荡器为电容三点式振荡器。为了突出调频性能的分析，以下图只画出了它的高频交流等效电路，没有画出直流馈电分析，以下图只画出了它的高频交流等效电路，没有画出直流馈电电路，电路， 图中；图中；C3为高频巧合电容，为高频巧合电容，C4为巧合隔直电容，为巧合隔直电容，LD为高频扼流为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，电路，C j与振荡器回路并联，与振荡器回路并联，R1，R2为为C j的偏置电路，为的偏置电路，为C

33、j提供提供静态直流偏压静态直流偏压 221RRRVVCCQ，而二极管的反偏电压为：，而二极管的反偏电压为： )(tuVuQR +uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4V CCR2+u-R1+VQ-2.调频原理调频原理)(tuVuQr)1 (0DrjjUuCC的关系：与下面研究则实现线性调频若满足变化随故振荡频率变化随从而变化随可见)()(.),()(,)()(,)(,)(tuttukttuttuCtuupcjr)(1)(11jcjcCCCCCLt三、电路分析三、电路分析(一一) 变容二极管的电容值变容二极管的电容值Cj：变容二极管结电容表达式：变容二极管结电容表达式：)(1 (

34、0DrjjUtuCC,)(QrVtu)1 (0DQjjQUVCC，载波状态时0)(tu1,载波形状时变容二极管的结电容载波形状时变容二极管的结电容CjQ在变容二极管上加一个静态任务电压在变容二极管上加一个静态任务电压VQ和一个单频调制信号和一个单频调制信号 tUtum cos)(tUVtuVtumQQrcos)()(2,调制形状时变容二极管的结电容调制形状时变容二极管的结电容Cj时，设tUtumcos)(tUVtumQrcos)()cos1 (0DmQjjUtUVCC)cos1 (0QDmDQDjVUtUUVUC)cos1 (tmCjQ为电容调制度其中)/(QDmVUUm)1(0DQjjQUV

35、CC为静态任务点的结电容。为静态任务点的结电容。 CjurVQurtC jtCjQ二变容二极管作为振荡回路的总电容二变容二极管作为振荡回路的总电容 当当C1没接入没接入, 且且Cc较大时，回路总电容仅仅是变容较大时，回路总电容仅仅是变容二极管的结电容二极管的结电容Cj时，振荡回路的等效电路如以下时，振荡回路的等效电路如以下图：图：1,瞬时振荡频率为瞬时振荡频率为)cos1 (11)(11tmCLCLtjQj2)cos1 (tmc22,实现线性调制的条件：实现线性调制的条件：tmtcccos)(此时此时最大频偏最大频偏ccmmtmax)(tmmtmtmtmtmtcccccc2cos) 12(8)

36、 12(8cos2cos) 12(2! 21cos21 cos1 )(22222当当m很小可忽略三次方以上的高次项，那么瞬时频率为：很小可忽略三次方以上的高次项，那么瞬时频率为：3, 会产生什么影响：会产生什么影响：2.)cos)(22)(12(2! 31)cos)(12(2! 21cos21)cos1 (322tmtmtmtm中心角频率偏移项中心角频率偏移项二次谐波失真项二次谐波失真项可见可见 会导致如下影响：会导致如下影响：2线性调频所需项线性调频所需项1)中心频率会产生偏移，其偏移量为：中心频率会产生偏移，其偏移量为：ccm2) 12(82)调频波会产生非线性失真调频波会产生非线性失真,

37、 二次谐波失真最大偏移为二次谐波失真最大偏移为cm22) 12(82)cos1 ()(tmtc调制特性2 ) 1 (tmtcc cos)( 线性调制线性调制cmm此时调频波获得最大角频偏)(coscos)(tuVUtUtmtQDcmc 2 )2(中心频率偏移中心频率偏移基波分量基波分量两次谐波分量两次谐波分量.2cos) 12(81cos2) 12(811 22tmtmmc.cos! 31)22)(12(2cos! 21) 12(2cos21 )(3322tmtmtmtc小结小结最大角频偏最大角频偏cmm2mcmmfUmfUfk 2 :调制灵敏度cccm 2) 12(81:的数值中心角频率偏离

38、2) 12(81:mcc值中心角频率的相对偏离cccmm和但同时也增大了可增大频偏一定，增大当,增大增大m会添加最大角频偏会添加最大角频偏, 但也添加非线性失真和减小载频稳定度但也添加非线性失真和减小载频稳定度, 所以所以, 最大角频偏受最大角频偏受m的限制。的限制。 tmmtmtcccc2cos) 12(8) 12(8cos2)(22结论：结论：1、相对频偏较小的情况下，如广播电视、相对频偏较小的情况下，如广播电视发射机中，发射机中，m较小，二次谐波失真、中心较小，二次谐波失真、中心频偏也不大，对值的要求不严厉；频偏也不大，对值的要求不严厉；2、相对频偏较大的情况下，如微波调频、相对频偏较大

39、的情况下，如微波调频多路通讯系统中，多路通讯系统中，m较大，较大， 2时，会时，会产生较大的非线性失真和中心频偏，应产生较大的非线性失真和中心频偏，应采用采用2的变容二极管。的变容二极管。三变容二极管部分接入振荡回路三变容二极管部分接入振荡回路jQcjQcjQcjQcjcjcCtmCCCCtmCCtmCCCCCCCCC)cos1 ()cos1 ()cos1 (111部分接入时振荡回路的等效电路如以下图：部分接入时振荡回路的等效电路如以下图： 变容二极管作为总电容实现调频时变容二极管作为总电容实现调频时,由于温度或偏置由于温度或偏置电压的不稳会导致变容二极管结电容发生变化电压的不稳会导致变容二极

40、管结电容发生变化,因此其因此其中心频率的稳定度差中心频率的稳定度差.采用部分接入方式可改善此性能采用部分接入方式可改善此性能.)cos1 (11)(111jQcjQcCtmCCCCLCLt将将 看成变容二极管，看成变容二极管， 不仅与不仅与 有关，还与有关，还与 有关。有关。CCjCcCC 和1振荡频率为振荡频率为2111/jQ2jQ21)cos()(CtmCCCCLLCt 将上式在任务点将上式在任务点VQ处展开，可得处展开，可得tmAtmAmAtmAtmAt2cos2cos2 )coscos1 ()(c22c1c22c2221cjQ2jQ2cCCCCCL11 式中式中pA2112222112

41、) 1(4183ppppA最大频偏最大频偏)1)(1 (2211ppppp2CCpjQ1jQ12CCp 它是全接入时它是全接入时fm的的1/p。调频灵敏度也下降为全接入时的。调频灵敏度也下降为全接入时的1/p，这是由于此时这是由于此时Cj比全接入时影响小，比全接入时影响小，fm必然下降。必然下降。C1愈大，愈大，C2愈小，即愈小，即p加大，加大，Cj对频率的变化影响就愈小，故对频率的变化影响就愈小，故C1值要选取值要选取适当，普通取适当，普通取C1=(10%30%)2。变容管部分接入回路方式适用于要求频偏较小的情况。而且变容管部分接入回路方式适用于要求频偏较小的情况。而且由于由于Cj影响小，影

42、响小，CjQ 随温度及电源电压变化的影响也小，有利于随温度及电源电压变化的影响也小，有利于提高中心频率的稳定度。提高中心频率的稳定度。cc1m2mfpmfAftmAtmAmAt2cos2cos2)(c22c1c22c 从上式的振荡频率展开式可以看出，当从上式的振荡频率展开式可以看出，当Cj部分接入时，其最部分接入时，其最大频偏为大频偏为例：例：求：其中容已知变容二极管的结电路的交流等效电路如图变容二极管直接调频电.33.10,15,10,102cos2)(, 2,40,)(1 ,213HLHLVUVttupFCUVtuCCDQjQDQjQj.,)2(.) 1 (minmaxBWfffm有效频带

43、宽度调频波的最大频偏和和最小瞬时频率大调频波的载波频率及最jCLLtf)(21)() 1 (21调频波的瞬时频率为：解：)102cos2 . 01 ()(2102cos2 . 01)(21)(102cos2 . 01 10102cos21 )(1 3213212323tfCLLtCLLtfpFtCtCUVtuCCcjQjjQjQDQjQjMHzCLLfjQc035. 5104010)33.1015(21)(2112621载波频率MHzffMHzffcc028. 4)2 . 01 (042. 6)2 . 01 (minmax最小瞬时频率最大瞬时频率MHzfffm007. 12028. 4042.

44、 62)2(minmaxMHzFfFFfFmBWmmf016. 210210007. 1222) 1(2) 1(236举例举例1 8MHz变容二极管调频振荡电路变容二极管调频振荡电路 8MHz变容二极管调频振荡电路变容二极管调频振荡电路四、实践变容管二极调频电路举例四、实践变容管二极调频电路举例 图图 变容二极管直接调频电路举例变容二极管直接调频电路举例(a) 实践电路实践电路; (b) 等效电路等效电路举例举例2 以下图是某通讯机中的变容管调频器的实践电路。以下图是某通讯机中的变容管调频器的实践电路。高频扼流高频扼流圈圈高频滤波高频滤波电容电容改动变容管偏置及调理电感改动变容管偏置及调理电感

45、L可使该电路的中心频率在可使该电路的中心频率在50100 MHz范围内变化范围内变化jQ2jQ21j2j21)cos(CtmCCCCCCCCCC 1 将上图将上图 (b)的振荡回路简化为下右图，这就是变容管部分接入回的振荡回路简化为下右图，这就是变容管部分接入回路的情况。这样，回路的总电容为路的情况。这样，回路的总电容为图 部分接入的振荡回路振荡频率为振荡频率为2111/jQ2jQ21)cos()(CtmCCCCLLCt 图 部分接入的振荡回路电路分析：电路分析：1 1晶体管直流偏置晶体管直流偏置2 2变容管变容管 直流偏置直流偏置3 3高频交流通路图高频交流通路图旁路电容短路旁路电容短路扼流

46、圈开路扼流圈开路直流电源是交流地直流电源是交流地举例举例355323222CCCCCCCCCjjLCosc1回路总电容：回路总电容：载频：载频：举例举例4 90MHz直接调频电路及其高频通路直接调频电路及其高频通路1L1，C1、C2串联，串联，C3和和反向串联的两个变容二极管，三反向串联的两个变容二极管，三个支路并联组成电容反响三点式个支路并联组成电容反响三点式振荡电路。振荡电路。 (2) 直流偏置电压直流偏置电压-UQ同时加同时加在两个变容二极管的正极，调在两个变容二极管的正极，调制信号制信号 经经L4扼流圈加在二扼流圈加在二极管负极上，二个二极管的动极管负极上，二个二极管的动态偏置为：态偏

47、置为： )(tu )()(tuUtuQd 3两个变容二极管串联后的总电容两个变容二极管串联后的总电容 2CCjj C j与与C3串联后接入振荡回路，对振荡回路来说是串联后接入振荡回路，对振荡回路来说是部分接入，与单二极管直接接入比较，在部分接入，与单二极管直接接入比较，在 一样一样的情况下，的情况下，m值降低。值降低。 mf 4两变容二极管反向串联，对高频信号而言，加到两变容二极管反向串联，对高频信号而言，加到 两管的高频电压降低一半，可减弱高频电压对结电压两管的高频电压降低一半，可减弱高频电压对结电压 的影响，另外在高频电压的任一半周内，一个变容管的影响，另外在高频电压的任一半周内，一个变容

48、管 寄生电容增大，而另一个减少，使结电容的变化不对寄生电容增大，而另一个减少，使结电容的变化不对 称性相互抵消，从而消弱寄生调制。称性相互抵消，从而消弱寄生调制。 C1C2L1C3Cj1Cj2C1C3Cj1Cj2uR1R2LeReC2L1CbC4C5C6C7L2L3+-VT-UQ-UQECL4ud举例举例5第四节第四节 石英晶体振荡器直接调频石英晶体振荡器直接调频一，采用石英晶体振荡器直接调频的目的是要提高伐一，采用石英晶体振荡器直接调频的目的是要提高伐频振荡的载波频率稳定度。频振荡的载波频率稳定度。二，晶体振荡器直接调频的主要方式二，晶体振荡器直接调频的主要方式 晶体振荡器采用变容二极管实现

49、调频的方式有两种，一是变容晶体振荡器采用变容二极管实现调频的方式有两种，一是变容二极管与并联型晶体振荡器的晶体相串联，二是变容二极管与并二极管与并联型晶体振荡器的晶体相串联，二是变容二极管与并联型晶体振荡器的晶体相并联。联型晶体振荡器的晶体相并联。 在要求调频波中心频率稳定度较高，而频偏较小的场所，可以采在要求调频波中心频率稳定度较高，而频偏较小的场所，可以采用直接对晶体振荡器调频的方法。用直接对晶体振荡器调频的方法。 1晶体振荡器直接调频原理晶体振荡器直接调频原理右图为串联型右图为串联型Pierce Oscillator，其振荡频率为：其振荡频率为： )(210oLgqCCCff 式中：式中

50、：Cg为晶体的动态电容，为晶体的动态电容，C o：晶体的静态电容，：晶体的静态电容， jLCCCC111121， f q：晶体的串联谐振频率。在电路中，当在电路中，当Cj变化时，变化时，CL变化，从而使晶体振荡器的振荡频率也发生变化，从而使晶体振荡器的振荡频率也发生变化，假设压控元件变化，假设压控元件Cj受调制电压受调制电压 控制，那么控制，那么Pierce Oscillator就成为一个晶体调频振荡器。就成为一个晶体调频振荡器。)(tu 留意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，故只能任务于晶体的串联谐振留意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，故只能任务于晶体的串联谐振频率频率f q与并联谐振频率

51、与并联谐振频率f p之间，而之间，而f q与与 f p之间的频率变化范围只需之间的频率变化范围只需431010 oqpfff量级，再加上量级，再加上Cj的串联，晶体的可调振荡频率更窄。的串联，晶体的可调振荡频率更窄。 C2ClCjJT例如载频为例如载频为40MHz的晶体调频振荡器，能获得最大频偏只需的晶体调频振荡器，能获得最大频偏只需7.5kHz，所以，所以采用晶体调频振荡器虽然可以获得较高的频率稳定度，但缺陷是最大频偏很采用晶体调频振荡器虽然可以获得较高的频率稳定度，但缺陷是最大频偏很小，实践中需求采用扩展频偏的措施。小，实践中需求采用扩展频偏的措施。扩展频偏的方法有两种：晶体支路中串接小电

52、感；扩展频偏的方法有两种：晶体支路中串接小电感； 利用利用型网络进展阻抗变换来扩展晶体呈现感型网络进展阻抗变换来扩展晶体呈现感 性的任务频率范围。性的任务频率范围。 2晶体调频振荡器的实践电路晶体调频振荡器的实践电路 对晶体振荡对晶体振荡器进展直接器进展直接调频时，由调频时，由于振荡回路于振荡回路中引入了变中引入了变容二极管，容二极管，所以调频振所以调频振荡器的频率荡器的频率稳定度相对稳定度相对于不调频的于不调频的晶体振荡器晶体振荡器是有所下降。是有所下降。 以下图为晶体调频振荡器直接调频电路，其中变容二极管以下图为晶体调频振荡器直接调频电路，其中变容二极管与晶体串联联接，与晶体串联联接，C4

53、、C5、C6、C7对高频短路，对高频短路，ZL为高频为高频扼流圈。右图为高频等效短路，为典型的电容三点式振荡电路。扼流圈。右图为高频等效短路，为典型的电容三点式振荡电路。运用举例：运用举例：调调制制信信号号 Pierce 型振荡器型振荡器 调制信号放大调制信号放大 采用串接小电感来扩展调频的频偏晶体调频振荡器的实践电路采用串接小电感来扩展调频的频偏晶体调频振荡器的实践电路 C1C2CjLJT 采用串接小电感采用串接小电感L的方法来扩展调频的频偏，变容二极管的反的方法来扩展调频的频偏，变容二极管的反向偏压由向偏压由EC经稳压管经稳压管VDZ稳压后经稳压后经RZ2=2.4k和和W1=47k电位器分

54、电位器分压后，经压后，经R=10K电阻加至变容管正极。改动电阻加至变容管正极。改动47K电位器电位器W1的活动的活动端可以调整变容管的端可以调整变容管的Uo从而改动从而改动Cj ，把调频器的中心频率调至规，把调频器的中心频率调至规定值。调制信号定值。调制信号 经电位器经电位器W2加于变容管加于变容管VD，改动，改动4.7K电位电位器器W2的活动头，可以调整加在变容二极管上的调制信号电压幅值，的活动头，可以调整加在变容二极管上的调制信号电压幅值，从而获得要求的频偏。从而获得要求的频偏。)(tu -Uo+C5u(t)W1W2VDJTCLR b1Rb2C1C2ReC3ECRz2Rz1VDzRC4+-

55、1. 间接调频法间接调频法 高稳定度高稳定度载 波 振 荡载 波 振 荡器器 相位相位调制器调制器积分积分 电路电路多级倍频多级倍频和混频器和混频器宽带宽带 )(tuFM)(tu dttu)( 窄带窄带)(tuFM第六节第六节 间接调频电路间接调频电路 但最大频偏小的缺陷可以经过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏，但最大频偏小的缺陷可以经过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏，另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波任务范围。另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波任务范围。 采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个稳定的载频信号进采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对

56、这个稳定的载频信号进展调相，这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号。展调相，这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号。在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为根底。但在实现线性在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为根底。但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏移调相时，要求最大瞬时相位偏移 om30 ，因此线性调相的范围很窄，因此线性调相的范围很窄，因此转换成的调频波的最大频偏因此转换成的调频波的最大频偏 mf 很小，即：很小，即：m f1，这是间接调频，这是间接调频法的主要缺陷法的主要缺陷.间接调频法就是利用调相方法来实现调频。间接调频法就是利用调相方法来实现调频。 间接调频的关键

57、电路是调相器间接调频的关键电路是调相器第三类是矢量合成法调相第三类是矢量合成法调相实现调相的方法通常有三类：实现调相的方法通常有三类：一类是可变移相法调相一类是可变移相法调相第二类是可变时延法调相第二类是可变时延法调相R1R2R3R4C1C2C3C4CjL载波输入载波输入 )(tu高稳定度高稳定度 振荡器振荡器 调相器调相器 积分器积分器)(tu )(tuFM )(tu一、可变移相调相电路一、可变移相调相电路 将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极管调相电路。管调相电路。 CjLUQ=9V载波输入载波输入调相波调相波 输

58、出输出调相波调相波 输出输出载波输入载波输入高频等效电路高频等效电路调相电路：调相电路： 频率为频率为 的载波信号经过单调谐回路，只需在调谐回路的载波信号经过单调谐回路，只需在调谐回路的谐振频率等于的谐振频率等于 时，不产生附加相移，经过谐振频率不等时，不产生附加相移，经过谐振频率不等于于 的调谐回路都会产生附加相移。由于谐振频率受调制信的调谐回路都会产生附加相移。由于谐振频率受调制信号控制，所以输出信号的相移也受调制信号控制。号控制，所以输出信号的相移也受调制信号控制。ccc变容二极管和电感变容二极管和电感L组成单调谐回路，构成可控相移网络组成单调谐回路，构成可控相移网络相移特性曲线相移特性

59、曲线q变容管移相电路：用调制信号变容管移相电路：用调制信号u(t)控制控制Cj变化，高变化，高频载波频载波fc以恒流源方式鼓励并联谐振回路以恒流源方式鼓励并联谐振回路对于高频载波来说对于高频载波来说, 三个三个0.001F的小电容短的小电容短路；对于低频调制信号来说路；对于低频调制信号来说, 三个三个0.001F的的小电容开路小电容开路, 4.7F电容短路。电容短路。Cj0.001 R310 kR4100 k4.7 R115 k0.001 L0.001 R215 kLCj(a)(b)调制信调制信号输入号输入载波信载波信号输入号输入调相波调相波输出输出9V当当u (t)0时，变容二极管反向电压加

60、大，结电容减小，时，变容二极管反向电压加大，结电容减小，L与与 组成谐振回路的谐振频率增大。其相频特性如图曲线所示。组成谐振回路的谐振频率增大。其相频特性如图曲线所示。对输入为对输入为 c的载频信号，输出电压有一个正的附加相移的载频信号，输出电压有一个正的附加相移 。当调制电压当调制电压 u (t)=0时，变容二极管时，变容二极管反向电压反向电压 ur=VQ=9V。变容二极管的结。变容二极管的结电容电容CjQ与与L组成谐振频率为组成谐振频率为 c的谐振的谐振回路。其相频特性如图曲线所示，对回路。其相频特性如图曲线所示，对载频输入信号，其输出电压附加相移为载频输入信号，其输出电压附加相移为零。零