第7章频率调制与解调(改)

1、高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 第第7章章 频率调制与解调频率调制与解调 7.1 调频信号分析调频信号分析 7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法7.3 调频电路调频电路7.4 鉴频器与鉴频方法鉴频器与鉴频方法 7.5 鉴频电路鉴频电路 7.6 调频收发信机及特殊电路调频收发信机及特殊电路7.7 调频多重广播调频多重广播高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.1 调频信号分析调频信号分析 ( )( )( )cosccfcmttk utt7.1.1 调频信号的参数与波形 设调制信号为单一频率信号u(t)=Ucost,未调载波电压为uC=UCcosct,则根据频率调制的定义,调频

2、信号的瞬时角频率为它是在c的基础上,增加了与u(t)成正比的频率偏移。式中kf为比例常数。调频信号的瞬时相位(t)是瞬时角频率(t)对时间的积分,即高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 式中,0为信号的起始角频率。为了分析方便,不妨设0=0,则式（72）变为00( )( )ttd （72） 0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt 式中， 为调频指数。FM波的表示式为mfmsin( )cos(sin)RefejmtjtFMCcfCutUtmtU ee高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图71 调频波波形t0t0u(a)(b)t0(t)(c)cmt0(d)IFM(t

3、)t(t)024Tc2Tcmf(t)c(e)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图72 调频波fm、mf与F的关系 Ffmmf0fmmf高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.1.2 调频波的频谱 1调频波的展开式 因为式（74）中的 是周期为2/的周期性时间函数,可以将它展开为傅氏级数,其基波角频率为,即sinfjmtesin()fjmtjn tnfneJme（75） 式中Jn(mf)是宗数为mf的n阶第一类贝塞尔函数,它可以用无穷级数进行计算:20( 1) ()2()!()!fnnmnfmmJmm nm（76） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 它随mf变化的曲线如图7

4、3所示,并具有以下特性: Jn(mf)=J-n(mf), n为偶数 Jn(mf)=-J-n(mf), n为奇数 因而,调频波的级数展开式为()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt （77） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图73 第一类贝塞尔函数曲线 012345678910111.0Jn(mf)J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10mf高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2调频波的频谱结构和特点 将上式进一步展开,有 uFM(t)=UCJ0(mf)cosct+J1(mf)cos

5、(c+)t -J1(mf)cos(c-)t+J2(mf)cos(c+2)t +J2(mf)cos(c-2)t+J3(mf)cos(c+3)t -J3(mf)cos(c-3)t+ （78） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图74 单频调制时FM波的振幅谱（a）为常数;（b）m为常数 cmf 1cmf 1mf 2ccmf 2cmf 5cmf 10Qcmf 15mf 5cmf 10mf 20cc(a )(b )高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图75 调频信号的矢量表示 0载波0载波合成矢量0合成矢量(a) AM情况(b) NBFM情况mfsin t高频电路原理与分析第7章 频率调

6、制与解调 图76 |n(mf)|0.01时的n/mf曲线 mfn/mf0123448121620高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 以载波fc为中心，由无穷多对以调制频率F为间隔的边频分量组成，各分量幅值取决于Bessel函数，且以fc对称分布。载波分量并不总是最大，有时为零。FM信号的功率大部分集中在载频附近。频谱结构与mf有密切关系。在F一定时，fm mf 有影响的边频数量增加 频谱展宽在fm 一定时，F mf 有影响的边频数量增加 主要频谱宽度基本不变。高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.1.3 调频波的信号带宽 通常采用的准则是,信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波1%

7、以上的边频分量,即 |Jn(mf)| 0.01 由图可见,当mf很大时,n/mf趋近于1。因此当mf1时,应将n=mf的边频包括在频带内,此时带宽为 Bs=2nF=2mfF=2fm （79） 当mf很小时,如mf0.5,为窄频带调频,此时 Bs=2F （710）高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 对于一般情况,带宽为 Bs=2(mf+1)F=2(fm+F) （711） 更准确的调频波带宽计算公式为 2(1)sffBmmF（712） 当调制信号不是单一频率时,由于调频是非线性过程,其频谱要复杂得多。比如有F1、F2两个调制频率,则根据式(7-7)可写出1122(sinsin)212( )R

8、e()cos()ffcj mt mtjtFMCCnfcnkutU eeUJmnkt 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.1.4 调频波的功率 调频信号uFM(t)在电阻RL上消耗的平均功率为22222( )1()2()112FMAMLFMcnfnLnfnFMccLutPRPUJmRJmPUPR 由于余弦项的正交性,总和的均方值等于各项均方值的总和,由式（77）可得 （713） （714） （715） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.1.5 调频波与调相波的比较 1调相波 调相波是其瞬时相位以未调载波相位c为中心按调制信号规律变化的等幅高频振荡。如u(t)=Ucost,并

9、令0=0,则其瞬时相位为 (t)=ct+(t)=ct+kpu(t) =ct+mcost=ct+mpcost （716） 从而得到调相信号为 uPM(t)=UCcos(ct+mpcost) （717） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 调相波的瞬时频率为( )( )sinsincpcmdttmttdt （718） 图78 调相波fm、mp与F的关系 Ffmmp0fmmp高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图77 调相波波形t0t0u(a)(b)(c)t0(f )iPM(t)tPM(t)0c(g)ic(t)t0(d)(t)t0(e)(t)tc0m高频电路原理与分析第7章 频率调制与解

10、调 至于PM波的频谱及带宽,其分析方法与FM相同。调相信号带宽为 Bs=2(mp+1)F (719) 图79 调频与调相的关系 FM积分调相u(a)PM微分调频u(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2调频波与调相波的比较 调频波与调相波的比较见表71。 在本节结束前,要强调几点: （1）角度调制是非线性调制,在单频调制时会出现（cn）分量,在多频调制时还会出现交叉调制（cn1k2+）分量。 （2）调频的频谱结构与mf密切相关。mf大,频带宽。 （3）与AM制相比,角调方式的设备利用率高,因其平均功率与最大功率一样。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 表71 调频波与调相波的

11、比较表 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 例1调角波)(2000cos10102cos(10)(8Vtttu试计算说明（1）调角波的载波频率；（2）调制信号频率；（3）最大频偏；（4）最大相移；（5）频谱宽度；（6）在单位电阻上的损耗功率；（7）能否确定是调频波还是调相波。例2已知某调频电路的调制灵敏度VkHzkf/3载波信号调制信号)(102cos3)(8Vttuc)(106cos3102cos2)(33Vtttu试写出输出调频波的数学表达式。高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 例3已知调制信号6),(102cos5)(3pfmmVttu（1）对应的调频波与调相波的有效频谱宽度

12、（2）若不变，F增大一倍，两种已调波的有效频谱宽度如何变化（3）若F不变，增大一倍，两种已调波的有效频谱宽度如何变化（4）若F和都增大一倍，两种已调波的有效频谱宽度又如何变化UUU高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.2 调频器与调频方法调频器与调频方法7.2.1 调频器 对于图710的调频特性的要求如下:（1）调制特性线性要好。 （2）调制灵敏度要高。 （3）载波性能要好。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图710 调频特性曲线 U0f高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.2.2 调频方法 1直接调频法 这种方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

13、(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。 常用的方法是采用变容二极管实现直接调频，由于电路简单、性能良好，已成为目前最广泛的调频电路之一。 在直接调频法中，振荡器与调制器合二为一，其优点是在实现线性调频的要求下，可获得较大频偏，其主要缺点是频率稳定度差。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2间接调频法 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。这种方法主要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

14、t) =Ucosctcos(mpcost)-Usin(mpcost)sinct 当mp/12时,上式近似为 uPMUcosct-Umpcostsinct （720）高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图711 矢量合成法调 f (t)放大器cos ctAMf (t)放大器cos ctPMsin ct/2(a)(b)f (t)cos ctFMsin ct/2(c)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 (2）可变移相法。可变移相 法就是利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻元件来实现调相。 (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)

15、 则输出信号为 u=Ucosc(t-)=Ucosct-kdcu(t) 由此可知,输出信号已变成调相信号了。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 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。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.3 调频电路调频电路0(1)jCCuu（721） 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:高频电路原理与分析第7

16、章 频率调制与解调 图712 变容管的Cju曲线 0Cj21/31/2u/V(a)0Cj/pFu/V(b)2060402468高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 静态工作点为EQ时,变容二极管结电容为0(1)jQQCCCEu（722） 设在变容二极管上加的调制信号电压为 u(t)=Ucost,则( )cosQQuEutEUt（723） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 将式（723）代入式（721）,得00cos(1)1(1cos)(1)(1cos)jQQQQCCEUtuCEUtEuuCmt(724) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2) 变容二极管直接调频性能分析 （

17、1）Cj为回路总电容。图713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713（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714(a)所示,此时振荡频率为/2/211( )(1cos)(1cos)cjQtmtmtLCLC（725）高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图713 变容管作为回路总电容全部接入回路 Rb2Rb1ReEcCcLCcVDuEQCbLcCjL(a)(b)Cc高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图714 变容管线性调频原理oCjCQtu oCjt(a)off0tCoft(

18、b)off0toft(c)uEQCQEQ高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 振荡频率随时间变化的曲线如图714(b)所示。 在上式中,若=2,则得( )(1cos)( )cctmtt （726）一般情况下,2,这时,式（725）可以展开成幂级数221( )1cos(1)cos22! 2 2ctmtmt 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 忽略高次项,上式可近似为222( )(1)cos8 22(1)cos28 2coscos2ccccccmmtmmtmttt (727) 二次谐波失真系数可用下式求出:221(1)4 2mfmKm (728) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调

19、 调频灵敏度可以通过调制特性或式（727）求出。根据调频灵敏度的定义,有222mcccffQQmkSUUEuE （729） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 （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。因此,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。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图715 Cj与固定电容串、并联后的特性 C/pF7060502010510.10.5125u/VC1CjC2高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图716 变容二极管直

20、接调频电路举例 （a）实际电路;（b）等效电路 1000 pF4.3 k10 k1 k12 H3AG80D10 pF15 pF15 pF输出12 H33 pFL1000 pF20 H1000 pF1000 pF12 V22CC1E12 H调制信号输入偏置电压33 pFL15 pF10 pF(a)(b)1000 pF高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 将图716（b）的振荡回路简化为图717,这就是变容管部分接入回路的情况。这样,回路的总电容为212212(1cos)jjQQC CCCCCC CCCmtC（730） 图717 部分接入的振荡回路 LC1C2Cj高频电路原理与分析第7章 频率

21、调制与解调 振荡频率为 221222221( )(1coscos)coscos222ccccctAmtA mtAAmAmtmt 式中 21212222111221()231(1)18421(1)(1)cQQC CL CCCApAppppppp pp 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 121212QQmccCpCCpCfAmfmfp从式（732）可以看出,当Cj部分接入时,其最大频偏为（733） 变容管部分接入回路方式适用于要求频偏较小的情况，有利于提高中心频率稳定度，可减少寄生调制。 注意：变容管应避免在低压区工作。高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图718 加在变容管上的电压

22、0Cj直流偏置点高频电压低频调制信号u高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图719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 Cj/pF353025201510500.5 0.7 1.01.52.0U1/VCj/pF40251574321.522.54EQ/V2.55689102030356 7 8 9 10U11.5V1V0.5V(a)(b)EQ2 V2.6 V2.7 V3 V3.3 V3.5 V4 V4.5 V5 V6 V高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 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

23、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（第8章讨论）。还有一种稳频的简单方法是直接对晶体振荡器调频。高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图720（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。由图可知,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1012()qqLCffCC（734） Cq：晶体的动态电容Co：晶体的静电容CL：C1、C2、Cj的串联电容值高频电路原理与分析第7章 频率调制与

24、解调 图720 晶体振荡器直接调频电路（a）实际电路;（b）交流等效电路 调制信号R3CjR4R2C2C1R5C3R1R6输出EcC2CjC1(a)(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 3. 张弛振荡器直接调频电路 图721是一种调频三角波产生器的方框图。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。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图721 三角波调频方框图 恒流源发生器反相器调制电压积分器电压比较器IIabus调 频三角波uTI压控开关高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图722

25、电压比较器的迟滞特性和输入、输出波形 uT(a)UminUmaxus0U1U20uTU2U1t0usUmaxUmint(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图723 三角波变为正弦波变换特性 UmuoUmuTuTttuo000UT高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 电压比较器输出的是调频方波电压。如要得到正弦调频信号,可在其输出端加波形变换电路或滤波器。图7-23便是由三角波变为正弦波的变换器特性。它是一个非线性网络,其传输特性为sin2TomTuuUU高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.3.2 间接调频电路 图724是一个变容二极管调相电路。它将受调制信号控制的变容

26、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2arctan()ofQf （735） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图724 单回路变容管调相器 高频振荡输入Rb2Rb1Lc1VReCeLC1CVDR2R1EcC3Lc2C2调相信号输 出调制信号输 入高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 当/6时,tan,上式简化为 设输入调制信号为Ucost,其瞬时频偏(此处为回路谐振频率的偏移)为02fQf （736） 1cos2cosofmftpQ mtp 当/6时,tan,上式简化为（737） 高

27、频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图725 三级回路级联的移相器 接下级放大管4703 pF22 k1 pF0.00222 k0.00222 k1 pF0.00247 ku47 k8 V5 pF高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 例变容二极管直接调频电路的交流等效电路如图所示，变容二极管的结电容uEtuCCQjQj)(1其中)(33.10),(15),(102(V),t102cos2)(u(pF),04C213jQuHLuHLVuEtQ试求：（1）调频波的载波频率，以及最大瞬时频率、最小瞬时频率（2）调频波的最大频偏，有效频谱宽度。高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 变容管调

28、频器的仿真变容管调频器的仿真 Pspice example/exam8.sch高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 变换器fuofBuomaxuofcfAf(a)(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 0cooDfffduduSdfd f （738） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 uFM变换电路包络检波uuo(b)0uc(a)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 00( )cos( )( )( )sin( )tFMcftFMcfcfutUtkfdutuUk f ttkfddt （73

29、9） （740） 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图728 微分鉴频原理uFM包络检波uuoddt高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 ui(t)EcCuc(t)ii(t)RCcEcRoCouo高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 uFMf01 fcu1u2Uo1Uo2Uo(a)ff03fcf02tf (t)(b)f02f03高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 t0uFM(a)t0Uo1tUo2(b)(c)tUo(d)00高频电路原理与分析第7章

30、 频率调制与解调 Bm0UofAf高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 变换电路鉴相器uFMuFM-PMuo高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 11122222cos( )cos( )sin( )2cccuUttuUttUtt(741) (742) 21( )( )ouftt(743)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 us移相网络us低通滤波uoK高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 ecmcmtUtutUtusin)(cos)(2211ecmmemmcecmmtUKUUKUttUKUuKui2sin21sin21cossin21212121eLmmoRUKUusin21

31、21高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 emmLceccecmmLcLLavoUUKRtdttdtUUKRtduuKRRiusin2sinsin112120221021高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 tdiRRiucLLavo0122eemmLcccmmLoUUKRtdtdtdUUKRuee212022121232eemmLcccmmLoUUKRtdtdtdUUKRuee212022121高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 01202sin(arctan)2oKQ fuUUf(744) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 11122222cos( )cos( )si

32、n( )2cccuUttuUttUtt2112112212(1sin( )(1sin( )eeUUtUUUUUtUUU21( )( )( )ettt高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 包 络检波器包 络检波器/2usurusuruD1uD2uo1uo2uo高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 限幅放大微分uFMu1半波整流u2单稳u3低通滤波u4uo(a)(b)uFMtu1tu2tu3tu4tuot高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 102sin10sin3)(30tttuFMttttttvOOFM3102sin10)()()()(中知

33、由tdttdt33102cos10210)()(tttf34102cos102)()(ttfStuDO3102cos50)()(高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.5 鉴频电路鉴频电路 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 返回比例鉴频器高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 1111fUIrj LZ(745) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 .LU1I1rC.rCLU2.(a)rCLU2.E2.I2.(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 1112111UIj LMEj M IUL2E2I高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 21212222221222

34、2122211()()111()EMUILrjLrjLCCMUUIjj CC LrjLC (748) 1221211jAAUUUej01202,1A=kQ, Q= fMQkfL LCr令耦合系数耦合因子高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 0/2 /2/2f0ff/2(a)(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2U1U21122122DDUUUUUU(751) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2U2.2U2.U1.UD1.UD2.2U2.2U2.U1.高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2U1U2DU1DU高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 12DDUU2U

35、2.2U2.UD1.U1.UD2.(a) f fc2U2.UD1.UD2.2U2.U1.02U2.UD1.UD2.U1.2U2.00(b) f fc(c) f fc高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 1212()ooodDDuuuK UU(752) 000,0,0,0cccffuffuffu高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 Uo0(f0)f (t)f(f)Uot(a)(b)f0Uf(或2 )ffaff0(c)0t0Uo高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图744 SDA曲线 SD0123ASD/(SD)lim01234A0.51.0(a)(b)高频电路原理与分析第7章 频率

36、调制与解调 2()(4 )mmmmCCkCCC CC(753) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图745 电容耦合相位鉴频器 U1.C1L1L2C2CmU2.LcVD1VD2C3C4R1R2UoC1L1L2CmBC2ACL4CCmL4(a)(b)(c)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 221211124emRZjUjC Z U102111111212111emmQRAUCUjCUjCUjkQUjjjjj高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 212121211()()22ccoLoccdDDuuuRRuuuK UU 高频电路原理与分

37、析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 .U1ML2LcVD1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a)2U2.U1.2U2.VD1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0fUo(b)(c)VD2VD2VD1VD2比例鉴频高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 12121221121211111()22221ccccccoccoococccuuuuuuuuuEEuEuuu(761)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 RREo高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高

38、频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 211111()()11111()jCjQLCRLH jjj CjCRL(762) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图748 集成正交鉴频器 V1V2V4V3R1R5V5V6V7V8R7V9V1010111312R2R3R4R6R8R9R101VD1LCR115R12V12V13R1423C14R13V11V16V14V15V17V18R15VD6R16678R1714限幅中放内部稳压调频检波VD2VD3VD4VD5RV19高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 其中， 可见，u1与u2(实际上是ur与us)之间的相位差为20200011,(

39、1)2,()cRfQQQLfL CC1112arctan2cos(sin)cos(sin)cfcfuUtmtuUtmt 相频特性曲线见图749(b)。若设 (764) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 当f/f01时，上式可写为22cos()sin22ooooQ fQ ffuUUUQfff(765) 可见，鉴频器的输出与输入调频信号的频偏成正比。 在上面电路中，调整L、C和C1均可改变回路谐振频率，只要满足 011()cL CC(766) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 u1CLRu2(a)0f0f2(b)C1 图749 移相网络机器相频特性 高频电路原理与分析第7章 频率调

40、制与解调 7.5.4 其它鉴频电路 1.差分峰值斜率鉴频器 差分峰值斜率鉴频器是一种在集成电路中常用的振幅鉴频器。图750(a)是一个在电视接收机伴音信号处理电路(如D7176AP ,TA7243P)等集成电路中采用的差分峰值斜率鉴频器。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图750 差分峰值斜率鉴频器 C3V5V6RcI0uiV1V3V2V4EcL19u110u20f02f0f01U2U1U1、U2fuo0f02f0f01f(a)(b)(c)C4C1C2高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 移相网络接在集成电路的、10脚之间。设从脚向右看的移相电路的谐振频率为f01，从10脚向左看

41、的移相电路的谐振频率为f02，则 0111021121212()fLCfL CC(767) (768) 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2.晶体鉴频器 晶体鉴频器的原理电路如图751所示。电容C与晶体串联后接到调频信号源。VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2为两个二极管包络检波器。为了保证电路平衡，通常VD1与VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图751 晶体鉴频器原理电路 uFM(t)R1R2C1CR3C2VD1VD2u高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图752 电容晶体分压器(a)电抗曲线；(b)电容、晶体两端电压变化曲线

42、 0fqXqfcXcXqf0UcUqfqf0fcf(a)(b)f0高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图753 晶体鉴频器的鉴频特性 Uo0fqf0fcf高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.5.5 限幅电路 振幅限幅器的性能可由图754(b)所示的限幅特性曲线表示。图中，Up表示限幅器进入限幅状态的最小输入信号电压，称为门限电压。对限幅器的要求主要是在限幅区内要有平坦的限幅特性，门限电压要尽量小。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图754 限幅器及其特性曲线 非线性器 件滤波器usuo(a)(b)UsmUp0Uom高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.6 调频

43、收发信机及特殊电路调频收发信机及特殊电路 7.6.1 调频发射机 图755是一种调频发射机的框图。其载频fc=88108MHz,输入调制信号频率为50Hz15kHz，最大频偏为75kHz。由图可知，调频方式为间接调频。由高稳定度晶体振荡器产生fc1=200kHz的初始载波信号送入调相器，由经预加重和积分的调制信号对其调相。调相输出的最大频偏为25Hz，调制指数mf0.5。高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图755 调频发射机框图 载 波振荡器调相器多级倍频器1混频器多级倍频器2功 率放大器积分器预 加重电路200 kHzN1 64fc1 200 kHzf1m 25 kHz12.8 MH

44、z1.8 2.3 MHzfc 88 108 MHzfm 75 kHz频率可变本振N2 48fL 11 10.5 MHzu(t)间接调频器高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7.6.2 调频接收机 图756为广播调频接收机典型方框图。为了获得较好的接收机灵敏度和选择性，除限幅级、鉴频器及几个附加电路外，其主要方框均与AM超外差接收机相同。调频广播基本参数与发射机相同。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图756 调频接收机方框图 混频器射频放大88 108 MHz本振中频放大限幅器鉴频器自动频率控制电路静噪电路去加重电路和音频放大电路输出高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 7

45、.6.3 特殊电路 1.预加重及去加重电路 理论证明，对于输入白噪声，调幅制的输出噪声频谱呈矩形，在整个调制频率范围内，所有噪声都一样大。调频制的噪声频谱(电压谱)呈三角形，见图757(b)，随着调制频率的增高，噪声也增大。调制频率范围愈宽，输出的噪声也愈大。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图757 调频解调器的输出噪声频谱 (a)功率谱；(b)电压谱 0Sno()0U()(a)(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 由于调频噪声频谱呈三角形，或者说与成线性关系，使我们联想到将信号作相应的处理，即要求预加重网络的特性为 H(j)=j 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调

46、 图758 预加重网络及其特性 (a)预加重网络；(b)频率响应 R1CR2012|H(j)/dB(a)H(j) k1j/11j/2k(1j/1)(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 去加重网络及其频响曲线如图759所示。从图看出，当2时，预加重和去加重网络总的频率传递函数近似为一常数，这正是使信号不失真所需要的条件。图759 去加重网络及其特性 R1C(a)H(j)11j/101|H(j)|/dB(b)高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 采用预、去加重网络后，对信号不会产生变化，但对信噪比却得到较大的改善，如图760所示。图760预、去加重网络对信噪比的改善 Sno()去加重

47、前去加重后(a)08160.11/dB10(b)m10高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2. 静噪电路 由于在调频接收中存在门限效应，因此在系统设计时要尽可能地降低门限值。为了获得较高的输出信噪比，在鉴频器的输入端的输入信噪比要在门限值之上。但在调频通信和调频广播中，经常会遇到无信号或弱信号的情况，这时输入信噪比就低于门限值，输出端的噪声就会急剧增加。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图761 静噪电路举例 50带 通滤波器5 kHz静噪0.16.2 k0.01100 k16 k1 k2.2100 k510 k112.2510 k14LM389音量鉴频器输 出100 k1 k

48、15131210 k1612 V17 5100高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 图762 静噪电路接入方式 鉴频低放静噪鉴频低放静噪高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 附： 集成调频、 鉴频电路芯片介绍1.MC2833调频电路调频电路 Motorola公司生产的MC2831A和MC2833都是单片集成FM低功率发射器电路, 适用于无绳电话和其它调频通信设备, 两者差别不大。 现仅介绍MC2833的电路原理和应用。 下图是MC2833内部结构和由它组成的调频发射机电路 MC2833内部包括话筒放大器、 射频压控振荡器、 缓冲器、 两个辅助晶体管放大器等几个主要

49、部分, 需要外接晶体、 LC选频网络以及少量电阻、 电容和电感。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 MC2833内部包括话筒放大器、射频压控振荡器、缓冲器、 两个辅助晶体管放大器等几个主要部分, 需要外接晶体、 LC选频网络以及少量电阻、电容和电感。 MC2833的电源电压范围较宽, 为28 V90V。当电源电压为40 V, 载频为166 MHz时, 最大频偏可达10kHz, 调制灵敏度可达15HzmV。输出最大功率为10mW(50 负载)。 话筒产生的音频信号从脚输入, 经放大后去控制可变电抗元件。可变电抗元件的直流偏压由片内参考电压VREF

50、经电阻分压后提供。由片内振荡电路、可变电抗元件、外接晶体和15、16脚两个外接电容组成的晶振直接调频电路(Pierce电路)产生载频为165667MHz的调频信号。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 与晶体串联的33F电感用于扩展最大线性频偏。缓冲器通过14脚外接三倍频网络将调频信号载频提高到497 MHz, 同时也将最大线性频偏扩展为原来的三倍, 然后从13脚返回片内, 经两级放大后从脚输出。 MC2833输出的调频信号可以直接用天线发射, 也可以接其它集成功放电路后再发射出去。 高频电路原理与分析第7章 频率调制与解调 2. MC3361B FM解调电路解调电路 从80年代以来, Motorola公司陆续推出了FM中频电路系列MC335733593361B33713372和FM接收电路系列MC33623363。 它们都采用二次混频, 即将输入调频信号的载频先降到107 MHz的第一中频, 然后降到455 kHz的第二中频, 再进行鉴频。不同在于FM中频电路系列芯片比FM