第7章 角度调制

1、第第 7 章章 角度调制角度调制教学要求教学要求 掌握掌握调角信号的定义、表示式、波形、频谱等调角信号的定义、表示式、波形、频谱等基本特征。基本特征。 掌握掌握典型的角度调制电路的结构、工作原理、典型的角度调制电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点。分析方法和性能特点。任意正弦波信号：任意正弦波信号：uc(t) = Ucmcos(c t +o )= Ucmcos(t)如果利用调制信号如果利用调制信号u(t)= U cost 去控制三个参量中的某个，去控制三个参量中的某个，产生调制的作用产生调制的作用:AM: )cos1 ()(tmUtUcmcmFM :)()(tuktfc PM: )()(t

2、ukttpc角度调制角度调制 属于频谱属于频谱线性搬移电路线性搬移电路，调制信号，调制信号寄生于已调信号的振幅变化中。寄生于已调信号的振幅变化中。属于频谱的属于频谱的非线性搬移电路非线性搬移电路，已调波为等幅，已调波为等幅波，调制信息寄生于已调波的频率和相位变波，调制信息寄生于已调波的频率和相位变化中。化中。 7.1 概述概述 (t)= c t +o 为总相角为总相角 Uom为振幅为振幅 c为角频率为角频率 o为初始相角为初始相角其中：其中：FM，PM从已调波中检取出原调制信号的过程称为从已调波中检取出原调制信号的过程称为解调解调(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

3、频 (detection) (frequency discrimination)(PM)相位解调相位解调鉴鉴相相(phase detection) vAMfff1. 调角电路定义及分类调角电路定义及分类定义：定义：模拟频率调制和相位调制合称为模拟角度调制模拟频率调制和相位调制合称为模拟角度调制(简称调简称调角角)。高频振荡振幅不变，其角度随着调制信号。高频振荡振幅不变，其角度随着调制信号u(t)以一定关以一定关系变化。系变化。)()(tuktfc 频率调制频率调制：高频振荡的振幅保持不变，瞬时角频率随：高频振荡的振幅保持不变，瞬时角频率随 调制信号成线性变化调制信号成线性变化 FM分类：分类：

4、)()(tukttpo 相位调制相位调制：高频振荡的振幅保持不变，瞬时相位随调：高频振荡的振幅保持不变，瞬时相位随调 制信号成线性变化制信号成线性变化 PM注意：注意：（1）因为相位是频率的积分，故频率的变化必将引起相位的变化，）因为相位是频率的积分，故频率的变化必将引起相位的变化，反之亦然。所以调频信号与调相信号在时域特性、反之亦然。所以调频信号与调相信号在时域特性、 频谱宽度、频谱宽度、 调制与解调的原理、实现方法等方面都有密切的联系。调制与解调的原理、实现方法等方面都有密切的联系。（2）模拟角度调制与解调属于）模拟角度调制与解调属于非线性频率变换非线性频率变换，比属于线性频率变，比属于线

5、性频率变换的模拟振幅调制与解调在原理和电路实现上都要困难一些。换的模拟振幅调制与解调在原理和电路实现上都要困难一些。 （3）由于角度调制信号在）由于角度调制信号在抗干扰抗干扰方面比振幅调制信号要好得多，因方面比振幅调制信号要好得多，因此虽然要占用更多的带宽，但仍得到了广泛的应用。此虽然要占用更多的带宽，但仍得到了广泛的应用。 （4）在模拟通信方面）在模拟通信方面, 调频制比调相制更加优越调频制比调相制更加优越，故大都采用调频，故大都采用调频制。所以制。所以本章以模拟调频电路为主题本章以模拟调频电路为主题，但由于调频信号与调相，但由于调频信号与调相信号的内在联系，调频可以用调相电路间接实现，因此

6、实际上信号的内在联系，调频可以用调相电路间接实现，因此实际上也介绍了一些调相电路。也介绍了一些调相电路。进行角度调制进行角度调制 (FM或或PM)后后 ，其已，其已调波的角频率将是时间的函数，即调波的角频率将是时间的函数，即(t)。可用右图所示的旋转矢量表示。可用右图所示的旋转矢量表示。t= t(t)o)t( t =0实轴实轴设旋转矢量的长度为设旋转矢量的长度为Ucm(t)，且当，且当t = 0时，初相角为时，初相角为o；t = t 时刻，时刻，矢量与实轴之间的瞬时相角为矢量与实轴之间的瞬时相角为 (t)，显然有：，显然有： 关关系系瞬瞬时时频频率率与与瞬瞬时时相相角角的的todtttdttd

7、t0)()()()(而该矢量在实轴上的投影：而该矢量在实轴上的投影：)(cos)(tUtucmc2. 调角信号的分析与特点调角信号的分析与特点设高频载波信号为设高频载波信号为 ： )(cos)cos()(tUtUtucmoccmcuc(t) 调制信号：调制信号： tUtu cos)(（1）调频）调频FM：由于：由于已调波频率随调制信号线形变化已调波频率随调制信号线形变化，则有：，则有：)()()(ttuktofo 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. o ： 调频灵敏度，调频灵敏度， fk)()(tutkf 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

8、频率偏移 . )()(tuktF ,瞬时频率偏移瞬时频率偏移（简称（简称频偏频偏）,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 .最大频偏最大频偏 UktukFFmmax| )(| 另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设另外，由瞬时频率与所对应的瞬时相位的关系，若设 0 o 则有：则有： tttoFoFttdttuktdttukdttt0000)()()()()( )(t：瞬时相位偏移，瞬时相位偏移， tUkdttuktFtF sin)()(0 设：载波：设：载波：tUtuoomo cos)( 最大相位偏移：最大相位偏移： UktF

9、mmax| )( tFoFMdttuktUtUtu0)(cos)(cos)( 令令 mf =m ，称为，称为FM波的波的调频指数调频指数，则调频信号的数学表达式：，则调频信号的数学表达式： 所以有：所以有： tmtUtUktUdttuktUtufcFctFcFMsincossincos)(cos)(0注意：与注意：与AM波不同，波不同，m f 一般可大于一般可大于1，且，且m f 越大，抗干扰性能越好，越大，抗干扰性能越好， 但频带越宽。但频带越宽。对单一频率调制的对单一频率调制的FM波，由于：波，由于： tUtu cos)(已调波的相位随调制信号线形变化已调波的相位随调制信号线形变化，有：，

10、有：)()()(tttukttcpc ct ：载波的相位角载波的相位角 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 ：瞬时相位偏移瞬时相位偏移，即，即 )(t 相对于相对于 tc的偏移量的偏移量。(2) 调相（调相（PM） 最大相位偏移：最大相位偏移： pppmmUktuk max| )( （调相指数调相指数）另外，由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得：另外，由瞬时相位与所对应的瞬时频率之间的关系，可得： )()()()(tdttdukdttdtcpc dttduktp)()( ； PM波波

11、瞬时频偏。瞬时频偏。 最大频偏最大频偏: Ukdttdukppmmax|)(| PM波的表达式为：波的表达式为： )(costuktUupcPM对于单一频率调制信号对于单一频率调制信号 tUtu cos)(的的PM波：波： coscoscoscostmtUtUktUupcpcPM载波：载波： 调制信号：调制信号： )cos()(occtUtutUtu cos)( FM波波 PM波波 (a)瞬时频率：瞬时频率： )()(tuktFcdttduktpc)()(3) 调频信号与调相信号的比较调频信号与调相信号的比较(b)瞬时相位：瞬时相位： otFodttuktt 0)()(opotuktt )()

12、(c)最大频偏：最大频偏： UktukFFmmax| )(| Ukdttdukppmmax|)(| (d)最大相位：最大相位： UkdttukmFtFmfmax0|)(| Uktukmppmpmax| )(| (e) 表达式表达式: sincossincos)(cos)(cos)(0ofcofcotfcFMtmtUtUktUdttuktUtUtucoscoscoscos)(cos)(cos)(opcopcopcPMtmtUtUktUtuktUtUtu讨论：讨论：(a) 一般调角信号的表达式：一般调角信号的表达式：sincos)(octmtUtump mmmf(b) FM波：波： Ukfm Uk

13、mff(c) PM波：波： Ukpm Ukmpp调频波的波形调频波的波形调频与调相信号的调频与调相信号的相同点：相同点： 二者都是等幅信号。二者都是等幅信号。 二者的频率和相位都随调制信号而变化，均产生频偏与相偏，成为疏二者的频率和相位都随调制信号而变化，均产生频偏与相偏，成为疏密波形。正频偏最大处，即瞬时频率最高处，波形最密；负频偏最大处，密波形。正频偏最大处，即瞬时频率最高处，波形最密；负频偏最大处，即瞬时频率最低处，波形最疏。即瞬时频率最低处，波形最疏。调频与调相信号的调频与调相信号的区别区别: 二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样, 但由

14、于频率与相位是但由于频率与相位是微积分关系微积分关系, 故二者是有密切联系的。故二者是有密切联系的。eg: 对于调频信号来说，调制信号电平最高处对应的瞬时正频偏最大，波对于调频信号来说，调制信号电平最高处对应的瞬时正频偏最大，波形最密；对于调相信号来说，调制信号电平变化率（斜率）最大处对应形最密；对于调相信号来说，调制信号电平变化率（斜率）最大处对应的瞬时正频偏最大，波形最密。的瞬时正频偏最大，波形最密。 从表从表7-1中可以看出，调频信号的调频指数中可以看出，调频信号的调频指数Mf与调制频率有关与调制频率有关, 最大频最大频偏与调制频率无关，而调相信号的最大频偏与调制频率有关，调相指数偏与调

15、制频率无关，而调相信号的最大频偏与调制频率有关，调相指数Mp与调制频率无关。与调制频率无关。 从理论上讲，调频信号的最大角频偏从理论上讲，调频信号的最大角频偏mc，由于载频，由于载频c很高，故很高，故m可以很大，即调制范围很大。由于相位以可以很大，即调制范围很大。由于相位以2为周期，因此调相信号的为周期，因此调相信号的最大相偏最大相偏(调相指数调相指数)Mp，故调制范围很小。，故调制范围很小。表表7-1 单频调频信号与单频调相信号参数比较单频调频信号与单频调相信号参数比较 若用若用m代替代替mf 或或 mp ，把，把 FM 和和 PM信号用统一的调角信号来表示，且令信号用统一的调角信号来表示，

16、且令0=0，则单位频率调制的调角信号可表示为，则单位频率调制的调角信号可表示为 ：sincos)(tmtUtuc展开成以下级数：展开成以下级数： 1204202cos)(2)(4cos)(22cos)(2)()sincos(nntnmJmJtmJtmJmJtm3. 调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽 012531)12cos()(25sin)(23sin)(2)(2)sinsin(nntnmJtmJtmJmJtm式中：式中：Jn(m) 称为第一类称为第一类Bessel function，当，当m，n一定时，一定时， Jn(m) 为定系数，为定系数，其值可以由曲线和函数表查出其值可以由曲线

17、和函数表查出。So： 01212sin) 12sin()(2cos2cos)(2)()(ncncnnottnmJUttnmJmJUtu利用三角函数积化和差公式：利用三角函数积化和差公式： )cos(21)cos(21sinsin)cos(21)cos(21coscos Fm)(FnmJ0n1234So 上式可表示为：上式可表示为：ncntnmJUtu)cos()()(FM/PM 信号的频谱由载频信号的频谱由载频 o 和无限对上，下边频分量和无限对上，下边频分量 )( no 组成组成. 0分量：分量： UmJo)(，其大小决定于，其大小决定于m ：调制指数调制指数 上、下边频分量上、下边频分量0

18、n：UmJn)(，与，与m和和n的大小有关。的大小有关。c-FM / PM的频谱的频谱c+cc+2c+3c+4c-2c-3c-4c调制信号调制信号u载波载波uc一般有一般有 :m值越大所占频带越宽,(m)Jm:当n一定时不计高次边频分量可以忽略0,(m)Jn:当m一定时nn由第一类由第一类Bessel function的性质：的性质： )()1()(mJmJnnn 所以有所以有 :1mJ 对于任意m1n 0mJ;21mJ1;m当m很小时Jn为奇数(m),J(m)Jn为偶数(m),J(m)J-2nn10nnnn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

19、当n为偶数时，上下边为偶数时，上下边频分量符号相同，而当频分量符号相同，而当n为奇数时，上下边频分量符号相反。为奇数时，上下边频分量符号相反。 频谱特点：频谱特点： 1) 单音调制时，调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移，单音调制时，调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移，而是由而是由载波和无数对边带分量所组成载波和无数对边带分量所组成， 它们的振幅由对应的它们的振幅由对应的各阶贝塞尔函数值所确定。其中，奇次的上、下边带分量振各阶贝塞尔函数值所确定。其中，奇次的上、下边带分量振幅相等、极性相反；偶次的振幅相等、极性相同。幅相等、极性相反；偶次的振幅相等、极性相同。 1Fm0.770.440.

20、440.110.110.020.02c23 2) 调制指数调制指数mf越大，具有较大振幅的边频分量就越多。越大，具有较大振幅的边频分量就越多。 3) 载波分量和各边带分量的振幅均随载波分量和各边带分量的振幅均随mf变化而变化。对于某变化而变化。对于某些些mf值，载频或某边频振幅为零。值，载频或某边频振幅为零。 上式表明，当上式表明，当U0一定时，不论一定时，不论mf为何值，调频波的平均功为何值，调频波的平均功率恒为定值，并且等于未调制时的载波功率。换句话说，改变率恒为定值，并且等于未调制时的载波功率。换句话说，改变mf仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配，但不仅会引起载波分量和各边带

21、分量之间功率的重新分配，但不会引起总功率的改变。会引起总功率的改变。 4) 调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。因此，因此，在电阻在电阻R上，调频波的平均功率应为上，调频波的平均功率应为c2c02222022 cos1 cos1PmJPdtnTmJRUdtnmJTRUPnfnTcnfnLccTnfnLc 虽然调频波的边频分量有无数多个，但是，对于任一给定虽然调频波的边频分量有无数多个，但是，对于任一给定的的mf值，高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略，值，高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略，以致滤除这些边频分量对调频波形不会

22、产生显著的影响。以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。二、带宽二、带宽 通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的1(或或10，根，根据不同要求而定据不同要求而定)的边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分的边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分量就确定了调频波的频带宽度。量就确定了调频波的频带宽度。FmmBWFF) 1(201. 0)( 2) 1( 21 . 0FfFmBWmF可得：可得：在实际应用中也常区分为：在实际应用中也常区分为：为最大频偏)(f2fF2mB10,m1)F2(mB称为宽带调频,1,m同)2F(与AM波频带相B称为窄带调频,1,

23、mmmfFMffFMfFMf 规律：规律：调制指数越大，应当考虑的边频分量的数目就越多，无调制指数越大，应当考虑的边频分量的数目就越多，无论对于调频还是调相均是如此。论对于调频还是调相均是如此。 但是，由于调频和调相与调制频率但是，由于调频和调相与调制频率F的关系不同，仅当的关系不同，仅当F变变化时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。化时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。调频调频调相调相VkmfffppVkm p 对于对于调频制调频制，仅当，仅当F变化时，在常用的宽带调频制中，频变化时，在常用的宽带调频制中，频率分量随率分量随mf变化而变化，但同时带宽基本恒定。因此又把调变化

24、而变化，但同时带宽基本恒定。因此又把调频叫做频叫做恒定带宽调制恒定带宽调制。 对于对于调相制调相制，仅当，仅当F变化时，频率分量不变，但带宽变变化时，频率分量不变，但带宽变化。特别是化。特别是F增加时，带宽增加。增加时，带宽增加。 对于对于Fmin Fmax而言，而言， Fmax决定总的带宽，低端频率分决定总的带宽，低端频率分量的频谱利用率不高量的频谱利用率不高 。因此，模拟通信系统中调频制要比调。因此，模拟通信系统中调频制要比调相制应用得广泛。相制应用得广泛。End 下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱，下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱，)sinsin(sin

25、)sincos(cos)(10100NnnNnntmttmtVtanfnf)sinsinsin(sin)sinsincos(cos)(22110221100tmtmttmtmtVtaffff以双频信号为例以双频信号为例tnmJmJtmn2cos)(2)()sincos(120fnfftnmJtmn) 12sin()(2)sinsin(012fnf 此时增加了许多组合频率，使频谱组成大为复杂。因此，此时增加了许多组合频率，使频谱组成大为复杂。因此，调频与调相制属于非线性调制。调频与调相制属于非线性调制。1. 对调频电路的要求：对调频电路的要求： (1)具有线性的调制作用具有线性的调制作用 (2)

26、具有较高的调制灵活度，即单位调制电压所产生的频偏要大具有较高的调制灵活度，即单位调制电压所产生的频偏要大 (3)最大频偏于调制信号频率无关最大频偏于调制信号频率无关 (4)未调制的载波频率应具有一定的频率稳定度未调制的载波频率应具有一定的频率稳定度 2. 调频方法分类调频方法分类 实现频率调制的方式一般有两种实现频率调制的方式一般有两种: 直接调频直接调频 间接调频间接调频7.2 调频方法概述调频方法概述3. 间接调频间接调频若先对调制信号若先对调制信号u(t)进行积分进行积分, 得到得到u1(t)=t0u(t)dt, 然后将然后将u1(t)作作为调制信号对载频信号进行调相，也可实现调频。为调

27、制信号对载频信号进行调相，也可实现调频。因此将调制信号积分后调相，是实现调频的另外一种方式，称为因此将调制信号积分后调相，是实现调频的另外一种方式，称为间接调频间接调频。或者说，间接调频是借用调相的方式来实现调频。或者说，间接调频是借用调相的方式来实现调频。优点：频率稳定度高。优点：频率稳定度高。微分调频(1) 把把u (t)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u (t)而言的调而言的调频波，也称为频波，也称为间接调频间接调频。（。（indirect frequency modulation）)(tu tdttu0)(积分调相 tpoFMdttuktUu0)(c

28、os )(tu )(costuktUupoPM )(tudtd (2) 把把u (t)先为微分后，再经过调频器，可得到先为微分后，再经过调频器，可得到间接调相间接调相。（。（indirect Phase modulation）4. 直接调频直接调频根据调频信号的根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特这一基本特性，可以将调制信号作为压控振荡器的控制电压，使其产生性，可以将调制信号作为压控振荡器的控制电压，使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化，压控振荡器的中心频率的振荡频率随调制信号规律而变化，压控振荡器的中心频率即为载波频率。即为载波频率。显然，这是实

29、现调频的最直接方法，故称为显然，这是实现调频的最直接方法，故称为直接调频直接调频。优点：易于得到较大的频偏优点：易于得到较大的频偏缺点：频率稳定度低缺点：频率稳定度低由相位与频率之间的关系：由相位与频率之间的关系： )/( ,)()()( ,)()(0sraddttdtraddtttt 在同一调制信号在同一调制信号 )(tu 的控制下，形成的的控制下，形成的FM波和波和PM波的表达式为：波的表达式为：)(cos)()(cos)(0tuktUtudttuktUtupoPMtfoFM 以上的过程为以上的过程为直接调频直接调频或或直接调相。直接调相。 )(tu 调调频频器器 tFoFMdttuktU

30、tu0)(cos)( FMdirect,)(tu 调调相相器器)(costuktUupoPM PMdirect,0(1)jRCCuU1. 变容二极管特性变容二极管特性 扩散电容扩散电容(diffusion capacitance)正向偏置正向偏置，电容效应比较小。，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。 利用状态利用状态7.3 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路 (Varactor diode direct FM) PN结反偏时，结电容会随外加反向偏压而变化，专用的变容二极管是结反

31、偏时，结电容会随外加反向偏压而变化，专用的变容二极管是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布），使势垒电经过特殊工艺处理（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。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。结电容结电容Cj与反偏电压与反偏电压uR的关系：的关系：C0：uR=0时的电容值（零偏置电容）时的电容值（零偏置电容）uR ：反向偏置电压，：反向偏置电压，U：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

32、突变结电容经特殊工艺制成的超突变结电容 =15看出：看出：Cj与与uR之间是非线性关系，即之间是非线性关系，即变容二极管属于变容二极管属于非线性电容非线性电容，这，这种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。的高效率，低噪声非线性电容。PN结具有电容效应结具有电容效应 0000cos1cos1 ()1cos1cos11cosQjQQQQjQUUtCCCUUtUUUUUCtUUUCmtUUCmt设在变容二极管上加设在变容二极管上加一个静态工作电压一个静态工作电压UQ和和一个单频调制信号一个单

33、频调制信号 tUtu cos)(，则结反偏电压：，则结反偏电压： tUUtuUtuQQRcos)()(而结电容：而结电容： 其中其中： 01jQQCCUU为：为：静态工作点的结电容静态工作点的结电容。 QUUUm为：为：结电容调制深度的调制指数结电容调制深度的调制指数。CjuRUQuRtC jtCjQL1C12. 变容二极管直接调频的原理电路变容二极管直接调频的原理电路 LC正弦波振荡器正弦波振荡器变容二极管变容二极管及其偏置电路及其偏置电路变容二极管变容二极管是振荡回路的一个是振荡回路的一个组成部分。组成部分。加在变容二极管的反向电压：加在变容二极管的反向电压：( )( )ccBQuVVu

34、tUu t式中式中:UQ：加在变容二极管的直流偏：加在变容二极管的直流偏置电压；置电压；u(t)：调制信号电压。：调制信号电压。 结电容随调制电压变化关系结电容随调制电压变化关系变容二极管结电容变容二极管结电容Cj将在将在ur(t)的控制下随时间变化。则振荡的控制下随时间变化。则振荡器的振荡频率要随器的振荡频率要随 u(t)变化。变化。只要电路参数选取合适，就可只要电路参数选取合适，就可以实现线性调频。以实现线性调频。tUtumcos)( )cosQmu tUUt调制信号：调制信号：反向电压：反向电压：电路分析电路分析（1）在反向电压）在反向电压 ur(t)作用下，变容二极管的电容值作用下，变

35、容二极管的电容值Cj0( )1jCCu tU01jQQCCUU00coscos111cosjQmQmQjQCCCUUtUVUtUUUUCmt/ ()mQmUUU 变容二极管的结电容表示式变容二极管的结电容表示式载波状态时变容二极管的结电容载波状态时变容二极管的结电容CjQ( )0,( )Qutu tU载波状态时，载波状态时，则，则调制状态时变容二极管的结电容调制状态时变容二极管的结电容Cj为电容调制度。为电容调制度。 振荡回路的等效电路振荡回路的等效电路瞬时振荡频率瞬时振荡频率为为211)cos1 ()cos1 (111)(tmtmCLCLtcjQjjQcCL1/10)(tu式中：式中：为为时

36、的载波频率。时的载波频率。（2）变容二极管作为回路总电容实现调频）变容二极管作为回路总电容实现调频实现线性调频的条件实现线性调频的条件222( )(1c o s)1c o s( )1mccQcQUtmttUUutUU 结论：当结论：当=2时，能实现线性调频。时，能实现线性调频。 当当2时，会产生什么影响？时，会产生什么影响？3222112222221cos1coscoscos22!3!mtmtmtmt 通常通常 ，可以忽略三次方以上各项，则：，可以忽略三次方以上各项，则：1m22222( )(1cos)12 21coscos11cos1cos222!8 228 2ccctmtmtmtmmtmt

37、 2cos1tm由于由于 幂级数展，得幂级数展，得结论：结论：当变容二极管作为回路总电容时，当变容二极管作为回路总电容时，2调频波会产生中心频率偏离调频波会产生中心频率偏离和非线性失真，会产生如下影响：和非线性失真，会产生如下影响：调频波的中心频率会产生偏移。其偏移量为调频波的中心频率会产生偏移。其偏移量为ccm2128cm22128cm2当调频电路要求的相对频偏较小时，当调频电路要求的相对频偏较小时，m 值很小，电路对值很小，电路对的要求不严格。的要求不严格。 例如，调频广播例如，调频广播fc=88108MHz，要求最大频偏，要求最大频偏fm=75KHz。)104 . 1106 . 1 (1

38、33m很小，对应中心频率偏移量和非线性失真量很小。故对很小，对应中心频率偏移量和非线性失真量很小。故对的要求不严格。的要求不严格。显然，显然，当调频电路的相对频偏较大时，对当调频电路的相对频偏较大时，对 =2 的要求就应严格些。的要求就应严格些。 调频波的最大频偏调频波的最大频偏调频波会产生非线性失真。其二次谐波失真最大频偏调频波会产生非线性失真。其二次谐波失真最大频偏 变容二极管全部接入时（变容二极管全部接入时（=2，Cj作为回路总电容）调频电路的特点作为回路总电容）调频电路的特点:UUkQcf优点优点：调频灵敏度高调频灵敏度高,频偏很大频偏很大UUUQmcc缺点缺点：中心频率稳定度不好：中

39、心频率稳定度不好jcLCf1变容二极管作为回路总电容实现调频时，由于变容二极管的结电容随温度、变容二极管作为回路总电容实现调频时，由于变容二极管的结电容随温度、偏置电压的不稳会引起结电容变化。因此其中心频率稳定度差。偏置电压的不稳会引起结电容变化。因此其中心频率稳定度差。（3）变容二极管部分接入振荡回路）变容二极管部分接入振荡回路变容二极管部分接入的等效回路如图所示。回路总电容变容二极管部分接入的等效回路如图所示。回路总电容 为为C11/(1cos)/(1cos)cjcjQcjcjQC CC CmtCCCCCCCmt相应的调频特性方程为：相应的调频特性方程为：jQcjQcCtmCCCCLCLt

40、)cos1 (11)(1111(1cos)cjQcjQCCCCmtCCc与与Cj是同数量是同数量级的小电容级的小电容结论：变容二极管部分接入使得频率稳定度更高，但最大频偏要结论：变容二极管部分接入使得频率稳定度更高，但最大频偏要减小。减小。（1）8MHz变容二极管调频振荡电路变容二极管调频振荡电路3. 应用举例应用举例变容二极管的变容二极管的直流偏压直流偏压由由R1，R2和电位器和电位器W组成分压电路供给。组成分压电路供给。调制信号调制信号通过通过C3和高频扼流图和高频扼流图ZL1加到变容二极管上。加在变容二极管加到变容二极管上。加在变容二极管上电压为直流偏置电压与调制信号电压之和。上电压为直

41、流偏置电压与调制信号电压之和。 偏置电压为偏置电压为-4V时，时，Cj=100pF； 而偏置电压由（而偏置电压由（0-8）V变化时，变化时，Cj为（为（23060）pF。电路为电容三点式振荡电路，振荡频率为电路为电容三点式振荡电路，振荡频率为CLfc121jCCCCCCC1111111165987电路中心频率为电路中心频率为8MHz，最大线性频偏为，最大线性频偏为200kHz。其中其中（2）某通信机中的变容二极管调频电路）某通信机中的变容二极管调频电路高频扼流圈高频扼流圈Lp3，Lp4对直流和调制信号短路对直流和调制信号短路，而，而对载频开路对载频开路。因而：加在两。因而：加在两个变容二极管上

42、的反向电压是相同的。个变容二极管上的反向电压是相同的。上图所示是上图所示是电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路，通过变容二极管的电容变化实现调频。，通过变容二极管的电容变化实现调频。本电路的特殊点是采用了两个变容二极管，并且本电路的特殊点是采用了两个变容二极管，并且同极性相对接同极性相对接的方式接入振的方式接入振荡回路。由于回路中两个二极管代替一个二极管，使得每个变容二极管两端的荡回路。由于回路中两个二极管代替一个二极管，使得每个变容二极管两端的高频电压减小。这样就高频电压减小。这样就减小了高频电压对变容二极管总电容的影响减小了高频电压对变容二极管总电容的影响。4. 变容二极管直接调频电路的优

43、缺点变容二极管直接调频电路的优缺点优点：优点：电路简单，工作频率高，易于获得大的频偏。在频偏小电路简单，工作频率高，易于获得大的频偏。在频偏小时，非线性失真很小。所需调制信号功率很小。时，非线性失真很小。所需调制信号功率很小。缺点：缺点：中心频率稳定度不高。频偏较大时，非线性失真较大。中心频率稳定度不高。频偏较大时，非线性失真较大。 调频信号的解调是从调频波调频信号的解调是从调频波 中恢复出原调制信号中恢复出原调制信号 过程，完成调频波解调过程的电过程，完成调频波解调过程的电路称为路称为频率检波器频率检波器(FD)7.6 7.6 调频波的解调原理及电路调频波的解调原理及电路 7.6.1 鉴频方

44、法及其实现模型鉴频方法及其实现模型 (t)dtumtUcosuoFM(t)u1. 鉴频器的主要特性鉴频器的主要特性 鉴频特性曲线鉴频特性曲线: : 它是指鉴频器的输出电压它是指鉴频器的输出电压uo(t)，与其输入，与其输入FM信号信号瞬时频偏瞬时频偏(t)或或f(t)之间的关系曲线之间的关系曲线 fofuo(t)Bm 鉴频器鉴频器)(tuuo ）或或 ()(ftuFMf(t)uo(t)()()(ttuktofo 或：或： )()(2)(tfftukftfofo 由调频信号的特征：由调频信号的特征：)(2)(tuktff 所以：所以：表明：表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压要实现无失真

45、鉴频，要求鉴频器的输出电压 与与频偏频偏 成线性关系，上图为典型鉴频特性曲线成线性关系，上图为典型鉴频特性曲线。 )()(tutuo )(tf 对鉴频特性曲线的主要要求对鉴频特性曲线的主要要求：（2）鉴频器的）鉴频器的频带宽度频带宽度B max .Bm2fm 能够不失真的解调所允许的输入信号频率变化的最大范能够不失真的解调所允许的输入信号频率变化的最大范围称为围称为 鉴频器的带宽鉴频器的带宽（1）鉴频器的）鉴频器的中心频率中心频率鉴频器的中心频率对应于鉴频特性曲线原点处的频率鉴频器的中心频率对应于鉴频特性曲线原点处的频率（3）线性度线性度 . 为了实现线性鉴频，鉴频特性曲线在鉴频带宽内必为了实现线性鉴频，鉴频特性曲线在鉴频带宽内必须呈线性。