调相.调频.ppt

1、第6章角度调制与解调,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,本章主要内容：,角度调制（调频、调相）原理 调频波产生电路 调频波解调电路,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,6.1 概述,调频（FM）：用被传送的低频信号去控制载波信号的频率。 或载波信号的频率随调制信号而变。 调相（PM）：用被传送的低频信号去控制载波信号的相位。 或载波信号的频率随调制信号而变。 统称为角度调制 Flash,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,原因：,瞬时角频率：,瞬时相角：,为积分常数，即初始相角,2001 Copyright,SCUT D

2、T&P Labs,6.2 调角波的性质,一、调频及数学表达：,角频率偏移程度由调制信号幅度决定,频偏,设调制信号为单一频率的正弦波：,载波信号：,调制后瞬时角频率：（受调制信号控制，随时间变化）,c为常数，不随时间变化,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,将(t)代入上式，得（设初相角为0）,式中,称作调频波的调制指数， 它可以大于1 Flash,调频波： （已调波）,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,二、调相及数学表达：,称作 调相指数 Flash,设调制信号为：,载波信号：,调制后瞬时相角：,则调相波（已调波）：,2001 Copyrigh

3、t,SCUT DT&P Labs,三、调频与调相的关系,1. 当产生FM和PM波的调制信号、载波信号相同时，两者在相位上相差90o,S设调制信号为,FM,PM,载波信号：,则,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2. 调制指数,调频时,调相时,3. 最大频率偏移,调频时,调相时,与调制信号振幅成正比，频率成反比。,与调制信号频率无关。,与调制信号的幅度成正比，与其频率无关,Flash,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,四、调角波的频谱,利用贝塞尔函数理论中的两个公式：,代入上边展开的调角波表达式中，得：,2001 Copyright,SCUT

4、DT&P Labs,结论：,一个FM波，除有载频 分量外，还有无穷多个边频分量，边频之间的间隔仍为 。 边频幅度的大小为 ，由Bessell函数决定。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,可见，mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。 这意味着， mf值越大，调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,mf相同时，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。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,结论：,1 mf相同时，贝塞尔函数阶数升高，其值变化

5、不一定越小。这意味着，调频波的频谱幅度不是线性递减的。 2 mf值越大，贝塞尔函数的阶数将增多。这意味着，调频波频谱中的边频数目增多，从而使频带加宽。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,五、调角波的频带宽度,因为,即宽带调频,1、mf1,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,对于窄带调频 mf1 时(工程上只需mf0.25) 边频分量很少，只有1到3项,例题p152,则：,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,六、调角信号频谱与调制信号的关系,见光盘,（1）固定 ，改变mf，即改变调制信号幅度Um,（2）固定 ，改变 ，即改

6、变调制信号频率F，而其幅度Um不变。,说明： （1）PM波的频带利用率不如FM波好。 （2）调角波在调制前后总的功率不变，只是将原来载波功率中的一部分转入边频中去。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,6.3 调频信号的产生,一、调频方法,直接调频：调制信号直接控制载波振荡器的频率 间接调频：先用调制信号改变载波的相位，再变 换为调频,二、调频电路性能指标 p154,图6-9 光盘,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,6.4 调频电路,一、变容二极管调频电路,1.变容二极管 电压控制可变电抗元件,（1）符号、等效电路,2001 Copyright

7、,SCUT DT&P Labs,C-U曲线见光盘,反偏压越大，则电容越小 U为外加反偏压， n为电容变化系数， n越大，C随U变化越明显。,（2）结电容与反向电压关系,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2.变容二极管调频原理,定性分析：图6-12 见光盘 定量分析：,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,频偏,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,3. 变容二极管调频原理电路p158,分析思路：,变容二极管上要加固定偏压和调制信号 变容二极管要作为高频振荡电路的一部分,ZL高频扼流圈，对直流和音频，可看作短路； 对高频，可看

8、作开路。 C2耦合电容，对直流和音频，可看作开路。,问题思考：为什么要加电容C1？,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,二、电抗管调频电路,电抗管：由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。 它等效为一个电抗元件（电感或电容） 且其参数可以随调制信号而变化。,1.电抗管调频原理,原理电路：见光盘,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2.等效电抗的推导,（1）晶体管电抗管的等效电抗,（2）场效应管电抗管的等效电抗,等效电抗是一个电容,等效电抗是一个电感（课后自己练习）,见光盘,3.电抗管调频电路的特点,优点：能获得较大的频偏；便

9、于做成集成电路。 缺点：载频不能很高，频率稳定度较低。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,三、晶体振荡器调频电路,1. 石英晶体振荡器变容管调频电路,2. 用 网络变换获得较大频偏,频率稳定度高，但频偏不太大,四、间接调频电路 1、调相电路失谐法 2、积分电路RC电路,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,已知FM波：,即FM波相角偏移的最大值需满足：,则，间接调频的实现过程：,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,四、间接调频电路,2、积分电路RC电路,其中,1、调相电路失谐法 Flash 实现,实现：,2001 Copy

10、right,SCUT DT&P Labs,优点：中心频率稳定度高 缺点：为了实现线性调相， ，因而 最大频偏小。 改善：可以通过倍频法，提高频偏和载频。 实际电路实例,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,6.5 调频波的解调,从FM波中得到原来的调制信号 频率检波或鉴频。 完成鉴频功能的电路鉴频器,频率检波的框图与波形见光盘,鉴频器包括两部分： 1.线性变换部分：等幅FM波AM-FM波 2.幅度检波： 二极管对调幅波检波,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,一、鉴频器的性能指标,1. 鉴频跨导（又叫鉴频灵敏度） 2.鉴频频带宽度 B （大于等于2

11、倍的FM波最大频偏） 3.非线性失真 4.抑制寄生调幅,二、斜率鉴频器,斜率鉴频器由失谐单谐振回路和二极管包络检波器组成,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,电路与工作原理 利用并联LC回路幅频特性的倾斜部分将 等幅FM波AM-FM波； 再通过二极管对调幅波检波，便可得到 调制信号。 2.优缺点（一般用于质量要求不高的简易接 收机中） 优点：电路简单 缺点：灵敏度与线性范围矛盾 Q大，灵敏度高，但线性范围窄； Q小，灵敏度低，但线性范围宽。,二、斜率鉴频器,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,三、参差调谐鉴频器 由两个单失谐斜率鉴频器构成。,20

12、01 Copyright,SCUT DT&P Labs,四、相位鉴频器,相位鉴频器： 利用回路的相位-频率特性来实现将调频波变换为调幅调频波。,线性网络 频率-相位变换,相位（幅度） 检波器,U1,Uo,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,常用的相位鉴频器： 电感耦合相位鉴频器 电容耦合相位鉴频器,电路与工作原理 线性变换电路部分（频相转换网络） 幅度检波部分 L3高频扼流圈： （1）把原边电压引入副边回路 （2）提供直流及低频电路通路,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,因为,所以,2

13、001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,原理： （1） 变， 对 的相位随 变， 的大小随 变， 正是利用这种相位变化的特点，将频率的变化转换为幅度的变化。 （2）幅度检波： 每一个检波器的输出电压 也随 变，所以总输出也随 变。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2.优缺点 优点：S曲线线性度好，检波失真小 S曲线斜率大，鉴频灵敏度高 S曲线线性范围大 缺点：线路复杂；调整较困难。,2001 Copyright,SCUT DT&P

14、 Labs,五、比例鉴频器,1.电路 比例鉴频器是一种类似于相位鉴频器，而又具有自限幅能力的鉴频器。 与互感耦合相位鉴频器电路的区别在于： (1)两个二极管顺接； (2)在电阻(R1+R2)两端并接一个大电容C，容量约在10F数量级。 (3)接地点和输出点改变。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,2. 工作原理,固定不变,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,(1)输出电压,3.电路特点,比较相位鉴频器：,是相位鉴频器的一半,(2)输出电压仅取决于比值,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,相位鉴频,鉴频特性比较,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,如果输入调频波出现振幅起伏（寄生调幅） 时，上、下检波器的输出电压 同时增大 或减小，但是两电压之比不变。即输出电压不会 随调频波的振幅起伏而发生变化。,比例鉴频器的自动限幅功能,（3）有限幅作用,代价：输出电压幅度只有相位鉴频器的一半。,2001 Copyright,SCUT DT&P Labs,6.6 限幅器,限幅器的作用 限幅特性曲线 限幅电路 1 二极管限幅器 2 三极管限幅器,2001 Copyright,