第7章頻率調制與解調(改)

1、高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 第第7章章 頻率調制與解調頻率調制與解調 7.1 調頻信號分析調頻信號分析 7.2 調頻器與調頻方法調頻器與調頻方法7.3 調頻電路調頻電路7.4 鑒頻器與鑒頻方法鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路鑒頻電路 7.6 調頻收發(fā)信機及特殊電路調頻收發(fā)信機及特殊電路7.7 調頻多重廣播調頻多重廣播高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.1 調頻信號分析調頻信號分析 ( )( )( )cosccfcmttk utt7.1.1 調頻信號的參數(shù)與波形 設調制信號為單一頻率信號u(t)=Ucost,未調載波電壓為uC=UCcosct,則根據(jù)頻率調制的定義,調頻

2、信號的瞬時角頻率為它是在c的基礎上,增加了與u(t)成正比的頻率偏移。式中kf為比例常數(shù)。調頻信號的瞬時相位(t)是瞬時角頻率(t)對時間的積分,即高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 式中,0為信號的起始角頻率。為了分析方便,不妨設0=0,則式（72）變?yōu)?0( )( )ttd （72） 0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt 式中， 為調頻指數(shù)。FM波的表示式為mfmsin( )cos(sin)RefejmtjtFMCcfCutUtmtU ee高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖71 調頻波波形t0t0u(a)(b)t0(t)(c)cmt0(d)IFM(t

3、)t(t)024Tc2Tcmf(t)c(e)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖72 調頻波fm、mf與F的關系 Ffmmf0fmmf高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.1.2 調頻波的頻譜 1調頻波的展開式 因為式（74）中的 是周期為2/的周期性時間函數(shù),可以將它展開為傅氏級數(shù),其基波角頻率為,即sinfjmtesin()fjmtjn tnfneJme（75） 式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù),它可以用無窮級數(shù)進行計算:20( 1) ()2()!()!fnnmnfmmJmm nm（76） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 它隨mf變化的曲線如圖7

4、3所示,并具有以下特性: Jn(mf)=J-n(mf), n為偶數(shù) Jn(mf)=-J-n(mf), n為奇數(shù) 因而,調頻波的級數(shù)展開式為()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt （77） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖73 第一類貝塞爾函數(shù)曲線 012345678910111.0Jn(mf)J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10mf高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2調頻波的頻譜結構和特點 將上式進一步展開,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） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖74 單頻調制時FM波的振幅譜（a）為常數(shù);（b）m為常數(shù) cmf 1cmf 1mf 2ccmf 2cmf 5cmf 10Qcmf 15mf 5cmf 10mf 20cc(a )(b )高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖75 調頻信號的矢量表示 0載波0載波合成矢量0合成矢量(a) AM情況(b) NBFM情況mfsin t高頻電路原理與分析第7章 頻率調

6、制與解調 圖76 |n(mf)|0.01時的n/mf曲線 mfn/mf0123448121620高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 以載波fc為中心，由無窮多對以調制頻率F為間隔的邊頻分量組成，各分量幅值取決于Bessel函數(shù)，且以fc對稱分布。載波分量并不總是最大，有時為零。FM信號的功率大部分集中在載頻附近。頻譜結構與mf有密切關系。在F一定時，fm mf 有影響的邊頻數(shù)量增加 頻譜展寬在fm 一定時，F(xiàn) mf 有影響的邊頻數(shù)量增加 主要頻譜寬度基本不變。高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.1.3 調頻波的信號帶寬 通常采用的準則是,信號的頻帶寬度應包括幅度大于未調載波1%

7、以上的邊頻分量,即 |Jn(mf)| 0.01 由圖可見,當mf很大時,n/mf趨近于1。因此當mf1時,應將n=mf的邊頻包括在頻帶內,此時帶寬為 Bs=2nF=2mfF=2fm （79） 當mf很小時,如mf0.5,為窄頻帶調頻,此時 Bs=2F （710）高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 對于一般情況,帶寬為 Bs=2(mf+1)F=2(fm+F) （711） 更準確的調頻波帶寬計算公式為 2(1)sffBmmF（712） 當調制信號不是單一頻率時,由于調頻是非線性過程,其頻譜要復雜得多。比如有F1、F2兩個調制頻率,則根據(jù)式(7-7)可寫出1122(sinsin)212( )R

8、e()cos()ffcj mt mtjtFMCCnfcnkutU eeUJmnkt 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.1.4 調頻波的功率 調頻信號uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為22222( )1()2()112FMAMLFMcnfnLnfnFMccLutPRPUJmRJmPUPR 由于余弦項的正交性,總和的均方值等于各項均方值的總和,由式（77）可得 （713） （714） （715） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.1.5 調頻波與調相波的比較 1調相波 調相波是其瞬時相位以未調載波相位c為中心按調制信號規(guī)律變化的等幅高頻振蕩。如u(t)=Ucost,并

9、令0=0,則其瞬時相位為 (t)=ct+(t)=ct+kpu(t) =ct+mcost=ct+mpcost （716） 從而得到調相信號為 uPM(t)=UCcos(ct+mpcost) （717） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 調相波的瞬時頻率為( )( )sinsincpcmdttmttdt （718） 圖78 調相波fm、mp與F的關系 Ffmmp0fmmp高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖77 調相波波形t0t0u(a)(b)(c)t0(f )iPM(t)tPM(t)0c(g)ic(t)t0(d)(t)t0(e)(t)tc0m高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解

10、調 至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調相信號帶寬為 Bs=2(mp+1)F (719) 圖79 調頻與調相的關系 FM積分調相u(a)PM微分調頻u(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2調頻波與調相波的比較 調頻波與調相波的比較見表71。 在本節(jié)結束前,要強調幾點: （1）角度調制是非線性調制,在單頻調制時會出現(xiàn)（cn）分量,在多頻調制時還會出現(xiàn)交叉調制（cn1k2+）分量。 （2）調頻的頻譜結構與mf密切相關。mf大,頻帶寬。 （3）與AM制相比,角調方式的設備利用率高,因其平均功率與最大功率一樣。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 表71 調頻波與調相波的

11、比較表 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 例1調角波)(2000cos10102cos(10)(8Vtttu試計算說明（1）調角波的載波頻率；（2）調制信號頻率；（3）最大頻偏；（4）最大相移；（5）頻譜寬度；（6）在單位電阻上的損耗功率；（7）能否確定是調頻波還是調相波。例2已知某調頻電路的調制靈敏度VkHzkf/3載波信號調制信號)(102cos3)(8Vttuc)(106cos3102cos2)(33Vtttu試寫出輸出調頻波的數(shù)學表達式。高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 例3已知調制信號6),(102cos5)(3pfmmVttu（1）對應的調頻波與調相波的有效頻譜寬度

12、（2）若不變，F(xiàn)增大一倍，兩種已調波的有效頻譜寬度如何變化（3）若F不變，增大一倍，兩種已調波的有效頻譜寬度如何變化（4）若F和都增大一倍，兩種已調波的有效頻譜寬度又如何變化UUU高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.2 調頻器與調頻方法調頻器與調頻方法7.2.1 調頻器 對于圖710的調頻特性的要求如下:（1）調制特性線性要好。 （2）調制靈敏度要高。 （3）載波性能要好。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖710 調頻特性曲線 U0f高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.2.2 調頻方法 1直接調頻法 這種方法一般是用調制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率,使振蕩頻率f

13、(t)按調制電壓的規(guī)律變化。若被控制的是LC振蕩器,則只需控制振蕩回路的某個元件(L或C),使其參數(shù)隨調制電壓變化,就可達到直接調頻的目的。 常用的方法是采用變容二極管實現(xiàn)直接調頻，由于電路簡單、性能良好，已成為目前最廣泛的調頻電路之一。 在直接調頻法中，振蕩器與調制器合二為一，其優(yōu)點是在實現(xiàn)線性調頻的要求下，可獲得較大頻偏，其主要缺點是頻率穩(wěn)定度差。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2間接調頻法 實現(xiàn)間接調頻的關鍵是如何進行相位調制。通常,實現(xiàn)相位調制的方法有如下三種: (1）矢量合成法。這種方法主要針對的是窄帶的調頻或調相信號。對于單音調相信號 uPM=Ucos(ct+mpcos

14、t) =Ucosctcos(mpcost)-Usin(mpcost)sinct 當mp/12時,上式近似為 uPMUcosct-Umpcostsinct （720）高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖711 矢量合成法調 f (t)放大器cos ctAMf (t)放大器cos ctPMsin ct/2(a)(b)f (t)cos ctFMsin ct/2(c)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 (2）可變移相法。可變移相 法就是利用調制信號控制移相網(wǎng)絡或諧振回路的電抗或電阻元件來實現(xiàn)調相。 (3）可變延時法。將載波信號通過一可控延時網(wǎng)絡,延時時間受調制信號控制,即 =kdu(t)

15、 則輸出信號為 u=Ucosc(t-)=Ucosct-kdcu(t) 由此可知,輸出信號已變成調相信號了。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 3.擴大調頻器線性頻偏的方法 對于直接調頻電路,調制特性的非線性隨最大相對頻偏fm/fc的增大而增大。當最大相對頻偏fm/fc限定時,對于特定的fc,fm也就被限定了,其值與調制頻率的大小無關。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.3 調頻電路調頻電路0(1)jCCuu（721） 7.3.1 直接調頻電路 1.變容二極管直接調頻電路 1) 變容二極管調頻原理 其結電容Cj與在其兩端所加反偏電壓u之間存在著如下關系:高頻電路原理與分析第7

16、章 頻率調制與解調 圖712 變容管的Cju曲線 0Cj21/31/2u/V(a)0Cj/pFu/V(b)2060402468高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 靜態(tài)工作點為EQ時,變容二極管結電容為0(1)jQQCCCEu（722） 設在變容二極管上加的調制信號電壓為 u(t)=Ucost,則( )cosQQuEutEUt（723） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 將式（723）代入式（721）,得00cos(1)1(1cos)(1)(1cos)jQQQQCCEUtuCEUtEuuCmt(724) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2) 變容二極管直接調頻性能分析 （

17、1）Cj為回路總電容。圖713為一變容二極管直接調頻電路,Cj作為回路總電容接入回路。圖7-13（b）是圖713（a）振蕩回路的簡化高頻電路。 由此可知,若變容管上加u(t),就會使得Cj隨時間變化（時變電容）,如圖714(a)所示,此時振蕩頻率為/2/211( )(1cos)(1cos)cjQtmtmtLCLC（725）高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖713 變容管作為回路總電容全部接入回路 Rb2Rb1ReEcCcLCcVDuEQCbLcCjL(a)(b)Cc高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖714 變容管線性調頻原理oCjCQtu oCjt(a)off0tCoft(

18、b)off0toft(c)uEQCQEQ高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 振蕩頻率隨時間變化的曲線如圖714(b)所示。 在上式中,若=2,則得( )(1cos)( )cctmtt （726）一般情況下,2,這時,式（725）可以展開成冪級數(shù)221( )1cos(1)cos22! 2 2ctmtmt 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 忽略高次項,上式可近似為222( )(1)cos8 22(1)cos28 2coscos2ccccccmmtmmtmttt (727) 二次諧波失真系數(shù)可用下式求出:221(1)4 2mfmKm (728) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調

19、 調頻靈敏度可以通過調制特性或式（727）求出。根據(jù)調頻靈敏度的定義,有222mcccffQQmkSUUEuE （729） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 （2）Cj作為回路部分電容接入回路。在實際應用中,通常2,Cj作為回路總電容將會使調頻特性出現(xiàn)非線性,輸出信號的頻率穩(wěn)定度也將下降。因此,通常利用對變容二極管串聯(lián)或并聯(lián)電容的方法來調整回路總電容C與電壓u之間的特性。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖715 Cj與固定電容串、并聯(lián)后的特性 C/pF7060502010510.10.5125u/VC1CjC2高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖716 變容二極管直

20、接調頻電路舉例 （a）實際電路;（b）等效電路 1000 pF4.3 k10 k1 k12 H3AG80D10 pF15 pF15 pF輸出12 H33 pFL1000 pF20 H1000 pF1000 pF12 V22CC1E12 H調制信號輸入偏置電壓33 pFL15 pF10 pF(a)(b)1000 pF高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 將圖716（b）的振蕩回路簡化為圖717,這就是變容管部分接入回路的情況。這樣,回路的總電容為212212(1cos)jjQQC CCCCCC CCCmtC（730） 圖717 部分接入的振蕩回路 LC1C2Cj高頻電路原理與分析第7章 頻率

21、調制與解調 振蕩頻率為 221222221( )(1coscos)coscos222ccccctAmtA mtAAmAmtmt 式中 21212222111221()231(1)18421(1)(1)cQQC CL CCCApAppppppp pp 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 121212QQmccCpCCpCfAmfmfp從式（732）可以看出,當Cj部分接入時,其最大頻偏為（733） 變容管部分接入回路方式適用于要求頻偏較小的情況，有利于提高中心頻率穩(wěn)定度，可減少寄生調制。 注意：變容管應避免在低壓區(qū)工作。高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖718 加在變容管上的電壓

22、0Cj直流偏置點高頻電壓低頻調制信號u高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖719變容管等效電容隨高頻電壓振幅和偏壓的變化 (a）j隨U1變化曲線;（b）Cj隨E變化曲線 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高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2. 晶體振蕩器直接調頻電路 變容二極管（對LC振蕩器）直接調頻電路的中心頻

23、率穩(wěn)定度較差。為得到高穩(wěn)定度調頻信號,須采取穩(wěn)頻措施,如增加自動頻率微調電路或鎖相環(huán)路（第8章討論）。還有一種穩(wěn)頻的簡單方法是直接對晶體振蕩器調頻。高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖720（a）為變容二極管對晶體振蕩器直接調頻電路,圖（b）為其交流等效電路。由圖可知,此電路為并聯(lián)型晶振皮爾斯電路,其穩(wěn)定度高于密勒電路。其中,變容二極管相當于晶體振蕩器中的微調電容,它與C1、C2的串聯(lián)等效電容作為石英諧振器的負載電容CL。此電路的振蕩頻率為1012()qqLCffCC（734） Cq：晶體的動態(tài)電容Co：晶體的靜電容CL：C1、C2、Cj的串聯(lián)電容值高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與

24、解調 圖720 晶體振蕩器直接調頻電路（a）實際電路;（b）交流等效電路 調制信號R3CjR4R2C2C1R5C3R1R6輸出EcC2CjC1(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 3. 張弛振蕩器直接調頻電路 圖721是一種調頻三角波產(chǎn)生器的方框圖。調制信號控制恒流源發(fā)生器,當調制信號為零時,恒流源輸出電流為I;當有調制電壓時,輸出電流為I+I(t),I(t)與調制信號成正比。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖721 三角波調頻方框圖 恒流源發(fā)生器反相器調制電壓積分器電壓比較器IIabus調 頻三角波uTI壓控開關高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖722

25、電壓比較器的遲滯特性和輸入、輸出波形 uT(a)UminUmaxus0U1U20uTU2U1t0usUmaxUmint(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖723 三角波變?yōu)檎也ㄗ儞Q特性 UmuoUmuTuTttuo000UT高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 電壓比較器輸出的是調頻方波電壓。如要得到正弦調頻信號,可在其輸出端加波形變換電路或濾波器。圖7-23便是由三角波變?yōu)檎也ǖ淖儞Q器特性。它是一個非線性網(wǎng)絡,其傳輸特性為sin2TomTuuUU高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.3.2 間接調頻電路 圖724是一個變容二極管調相電路。它將受調制信號控制的變容

26、管作為振蕩回路的一個元件。Lc1、Lc2為高頻扼流圈,分別防止高頻信號進入直流電源及調制信號源中。 高Q并聯(lián)振蕩電路的電壓、電流間相移為2arctan()ofQf （735） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖724 單回路變容管調相器 高頻振蕩輸入Rb2Rb1Lc1VReCeLC1CVDR2R1EcC3Lc2C2調相信號輸 出調制信號輸 入高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 當/6時,tan,上式簡化為 設輸入調制信號為Ucost,其瞬時頻偏(此處為回路諧振頻率的偏移)為02fQf （736） 1cos2cosofmftpQ mtp 當/6時,tan,上式簡化為（737） 高

27、頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖725 三級回路級聯(lián)的移相器 接下級放大管4703 pF22 k1 pF0.00222 k0.00222 k1 pF0.00247 ku47 k8 V5 pF高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 例變容二極管直接調頻電路的交流等效電路如圖所示，變容二極管的結電容uEtuCCQjQj)(1其中)(33.10),(15),(102(V),t102cos2)(u(pF),04C213jQuHLuHLVuEtQ試求：（1）調頻波的載波頻率，以及最大瞬時頻率、最小瞬時頻率（2）調頻波的最大頻偏，有效頻譜寬度。高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 變容管調

28、頻器的仿真變容管調頻器的仿真 Pspice example/exam8.sch高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 變換器fuofBuomaxuofcfAf(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 0cooDfffduduSdfd f （738） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 uFM變換電路包絡檢波uuo(b)0uc(a)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 00( )cos( )( )( )sin( )tFMcftFMcfcfutUtkfdutuUk f ttkfddt （73

29、9） （740） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖728 微分鑒頻原理uFM包絡檢波uuoddt高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 ui(t)EcCuc(t)ii(t)RCcEcRoCouo高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 uFMf01 fcu1u2Uo1Uo2Uo(a)ff03fcf02tf (t)(b)f02f03高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 t0uFM(a)t0Uo1tUo2(b)(c)tUo(d)00高頻電路原理與分析第7章

30、 頻率調制與解調 Bm0UofAf高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 變換電路鑒相器uFMuFM-PMuo高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 11122222cos( )cos( )sin( )2cccuUttuUttUtt(741) (742) 21( )( )ouftt(743)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 us移相網(wǎng)絡us低通濾波uoK高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 ecmcmtUtutUtusin)(cos)(2211ecmmemmcecmmtUKUUKUttUKUuKui2sin21sin21cossin21212121eLmmoRUKUusin21

31、21高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 emmLceccecmmLcLLavoUUKRtdttdtUUKRtduuKRRiusin2sinsin112120221021高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 tdiRRiucLLavo0122eemmLcccmmLoUUKRtdtdtdUUKRuee212022121232eemmLcccmmLoUUKRtdtdtdUUKRuee212022121高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 01202sin(arctan)2oKQ fuUUf(744) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 11122222cos( )cos( )si

32、n( )2cccuUttuUttUtt2112112212(1sin( )(1sin( )eeUUtUUUUUtUUU21( )( )( )ettt高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 包 絡檢波器包 絡檢波器/2usurusuruD1uD2uo1uo2uo高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 限幅放大微分uFMu1半波整流u2單穩(wěn)u3低通濾波u4uo(a)(b)uFMtu1tu2tu3tu4tuot高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 102sin10sin3)(30tttuFMttttttvOOFM3102sin10)()()()(中知

33、由tdttdt33102cos10210)()(tttf34102cos102)()(ttfStuDO3102cos50)()(高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.5 鑒頻電路鑒頻電路 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 返回比例鑒頻器高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 1111fUIrj LZ(745) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 .LU1I1rC.rCLU2.(a)rCLU2.E2.I2.(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 1112111UIj LMEj M IUL2E2I高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 21212222221222

34、2122211()()111()EMUILrjLrjLCCMUUIjj CC LrjLC (748) 1221211jAAUUUej01202,1A=kQ, Q= fMQkfL LCr令耦合系數(shù)耦合因子高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 0/2 /2/2f0ff/2(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2U1U21122122DDUUUUUU(751) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2U2.2U2.U1.UD1.UD2.2U2.2U2.U1.高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2U1U2DU1DU高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 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高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 1212()ooodDDuuuK UU(752) 000,0,0,0cccffuffuffu高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 Uo0(f0)f (t)f(f)Uot(a)(b)f0Uf(或2 )ffaff0(c)0t0Uo高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖744 SDA曲線 SD0123ASD/(SD)lim01234A0.51.0(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率

36、調制與解調 2()(4 )mmmmCCkCCC CC(753) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖745 電容耦合相位鑒頻器 U1.C1L1L2C2CmU2.LcVD1VD2C3C4R1R2UoC1L1L2CmBC2ACL4CCmL4(a)(b)(c)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 221211124emRZjUjC Z U102111111212111emmQRAUCUjCUjCUjkQUjjjjj高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 212121211()()22ccoLoccdDDuuuRRuuuK UU 高頻電路原理與分

37、析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 .U1ML2LcVD1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a)2U2.U1.2U2.VD1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0fUo(b)(c)VD2VD2VD1VD2比例鑒頻高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 12121221121211111()22221ccccccoccoococccuuuuuuuuuEEuEuuu(761)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 RREo高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高

38、頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 211111()()11111()jCjQLCRLH jjj CjCRL(762) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖748 集成正交鑒頻器 V1V2V4V3R1R5V5V6V7V8R7V9V1010111312R2R3R4R6R8R9R101VD1LCR115R12V12V13R1423C14R13V11V16V14V15V17V18R15VD6R16678R1714限幅中放內部穩(wěn)壓調頻檢波VD2VD3VD4VD5RV19高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 其中， 可見，u1與u2(實際上是ur與us)之間的相位差為20200011,(

39、1)2,()cRfQQQLfL CC1112arctan2cos(sin)cos(sin)cfcfuUtmtuUtmt 相頻特性曲線見圖749(b)。若設 (764) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 當f/f01時，上式可寫為22cos()sin22ooooQ fQ ffuUUUQfff(765) 可見，鑒頻器的輸出與輸入調頻信號的頻偏成正比。 在上面電路中，調整L、C和C1均可改變回路諧振頻率，只要滿足 011()cL CC(766) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 u1CLRu2(a)0f0f2(b)C1 圖749 移相網(wǎng)絡機器相頻特性 高頻電路原理與分析第7章 頻率調

40、制與解調 7.5.4 其它鑒頻電路 1.差分峰值斜率鑒頻器 差分峰值斜率鑒頻器是一種在集成電路中常用的振幅鑒頻器。圖750(a)是一個在電視接收機伴音信號處理電路(如D7176AP ,TA7243P)等集成電路中采用的差分峰值斜率鑒頻器。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖750 差分峰值斜率鑒頻器 C3V5V6RcI0uiV1V3V2V4EcL19u110u20f02f0f01U2U1U1、U2fuo0f02f0f01f(a)(b)(c)C4C1C2高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 移相網(wǎng)絡接在集成電路的、10腳之間。設從腳向右看的移相電路的諧振頻率為f01，從10腳向左看

41、的移相電路的諧振頻率為f02，則 0111021121212()fLCfL CC(767) (768) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2.晶體鑒頻器 晶體鑒頻器的原理電路如圖751所示。電容C與晶體串聯(lián)后接到調頻信號源。VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2為兩個二極管包絡檢波器。為了保證電路平衡，通常VD1與VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖751 晶體鑒頻器原理電路 uFM(t)R1R2C1CR3C2VD1VD2u高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖752 電容晶體分壓器(a)電抗曲線；(b)電容、晶體兩端電壓變化曲線

42、 0fqXqfcXcXqf0UcUqfqf0fcf(a)(b)f0高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖753 晶體鑒頻器的鑒頻特性 Uo0fqf0fcf高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.5.5 限幅電路 振幅限幅器的性能可由圖754(b)所示的限幅特性曲線表示。圖中，Up表示限幅器進入限幅狀態(tài)的最小輸入信號電壓，稱為門限電壓。對限幅器的要求主要是在限幅區(qū)內要有平坦的限幅特性，門限電壓要盡量小。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖754 限幅器及其特性曲線 非線性器 件濾波器usuo(a)(b)UsmUp0Uom高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.6 調頻

43、收發(fā)信機及特殊電路調頻收發(fā)信機及特殊電路 7.6.1 調頻發(fā)射機 圖755是一種調頻發(fā)射機的框圖。其載頻fc=88108MHz,輸入調制信號頻率為50Hz15kHz，最大頻偏為75kHz。由圖可知，調頻方式為間接調頻。由高穩(wěn)定度晶體振蕩器產(chǎn)生fc1=200kHz的初始載波信號送入調相器，由經(jīng)預加重和積分的調制信號對其調相。調相輸出的最大頻偏為25Hz，調制指數(shù)mf0.5。高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖755 調頻發(fā)射機框圖 載 波振蕩器調相器多級倍頻器1混頻器多級倍頻器2功 率放大器積分器預 加重電路200 kHzN1 64fc1 200 kHzf1m 25 kHz12.8 MH

44、z1.8 2.3 MHzfc 88 108 MHzfm 75 kHz頻率可變本振N2 48fL 11 10.5 MHzu(t)間接調頻器高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7.6.2 調頻接收機 圖756為廣播調頻接收機典型方框圖。為了獲得較好的接收機靈敏度和選擇性，除限幅級、鑒頻器及幾個附加電路外，其主要方框均與AM超外差接收機相同。調頻廣播基本參數(shù)與發(fā)射機相同。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖756 調頻接收機方框圖 混頻器射頻放大88 108 MHz本振中頻放大限幅器鑒頻器自動頻率控制電路靜噪電路去加重電路和音頻放大電路輸出高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 7

45、.6.3 特殊電路 1.預加重及去加重電路 理論證明，對于輸入白噪聲，調幅制的輸出噪聲頻譜呈矩形，在整個調制頻率范圍內，所有噪聲都一樣大。調頻制的噪聲頻譜(電壓譜)呈三角形，見圖757(b)，隨著調制頻率的增高，噪聲也增大。調制頻率范圍愈寬，輸出的噪聲也愈大。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖757 調頻解調器的輸出噪聲頻譜 (a)功率譜；(b)電壓譜 0Sno()0U()(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 由于調頻噪聲頻譜呈三角形，或者說與成線性關系，使我們聯(lián)想到將信號作相應的處理，即要求預加重網(wǎng)絡的特性為 H(j)=j 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調

46、 圖758 預加重網(wǎng)絡及其特性 (a)預加重網(wǎng)絡；(b)頻率響應 R1CR2012|H(j)/dB(a)H(j) k1j/11j/2k(1j/1)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 去加重網(wǎng)絡及其頻響曲線如圖759所示。從圖看出，當2時，預加重和去加重網(wǎng)絡總的頻率傳遞函數(shù)近似為一常數(shù)，這正是使信號不失真所需要的條件。圖759 去加重網(wǎng)絡及其特性 R1C(a)H(j)11j/101|H(j)|/dB(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 采用預、去加重網(wǎng)絡后，對信號不會產(chǎn)生變化，但對信噪比卻得到較大的改善，如圖760所示。圖760預、去加重網(wǎng)絡對信噪比的改善 Sno()去加重

47、前去加重后(a)08160.11/dB10(b)m10高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2. 靜噪電路 由于在調頻接收中存在門限效應，因此在系統(tǒng)設計時要盡可能地降低門限值。為了獲得較高的輸出信噪比，在鑒頻器的輸入端的輸入信噪比要在門限值之上。但在調頻通信和調頻廣播中，經(jīng)常會遇到無信號或弱信號的情況，這時輸入信噪比就低于門限值，輸出端的噪聲就會急劇增加。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖761 靜噪電路舉例 50帶 通濾波器5 kHz靜噪0.16.2 k0.01100 k16 k1 k2.2100 k510 k112.2510 k14LM389音量鑒頻器輸 出100 k1 k

48、15131210 k1612 V17 5100高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 圖762 靜噪電路接入方式 鑒頻低放靜噪鑒頻低放靜噪高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 附： 集成調頻、 鑒頻電路芯片介紹1.MC2833調頻電路調頻電路 Motorola公司生產(chǎn)的MC2831A和MC2833都是單片集成FM低功率發(fā)射器電路, 適用于無繩電話和其它調頻通信設備, 兩者差別不大。 現(xiàn)僅介紹MC2833的電路原理和應用。 下圖是MC2833內部結構和由它組成的調頻發(fā)射機電路 MC2833內部包括話筒放大器、 射頻壓控振蕩器、 緩沖器、 兩個輔助晶體管放大器等幾個主要

49、部分, 需要外接晶體、 LC選頻網(wǎng)絡以及少量電阻、 電容和電感。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 MC2833內部包括話筒放大器、射頻壓控振蕩器、緩沖器、 兩個輔助晶體管放大器等幾個主要部分, 需要外接晶體、 LC選頻網(wǎng)絡以及少量電阻、電容和電感。 MC2833的電源電壓范圍較寬, 為28 V90V。當電源電壓為40 V, 載頻為166 MHz時, 最大頻偏可達10kHz, 調制靈敏度可達15HzmV。輸出最大功率為10mW(50 負載)。 話筒產(chǎn)生的音頻信號從腳輸入, 經(jīng)放大后去控制可變電抗元件?？勺冸娍乖闹绷髌珘河善瑑葏⒖茧妷篤REF

50、經(jīng)電阻分壓后提供。由片內振蕩電路、可變電抗元件、外接晶體和15、16腳兩個外接電容組成的晶振直接調頻電路(Pierce電路)產(chǎn)生載頻為165667MHz的調頻信號。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 與晶體串聯(lián)的33F電感用于擴展最大線性頻偏。緩沖器通過14腳外接三倍頻網(wǎng)絡將調頻信號載頻提高到497 MHz, 同時也將最大線性頻偏擴展為原來的三倍, 然后從13腳返回片內, 經(jīng)兩級放大后從腳輸出。 MC2833輸出的調頻信號可以直接用天線發(fā)射, 也可以接其它集成功放電路后再發(fā)射出去。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調制與解調 2. MC3361B FM解調電路解調電路 從80年代以來, Motorola公司陸續(xù)推出了FM中頻電路系列MC335733593361B33713372和FM接收電路系列MC33623363。 它們都采用二次混頻, 即將輸入調頻信號的載頻先降到107 MHz的第一中頻, 然后降到455 kHz的第二中頻, 再進行鑒頻。不同在于FM中頻電路系列芯片比FM