調(diào)頻方法綜述

1、調(diào)頻方法綜述10.3.1 直接調(diào)頻原理直接調(diào)頻原理直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律。蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律。要用調(diào)制信號(hào)去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就要用調(diào)制信號(hào)去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號(hào)去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的是用調(diào)制信號(hào)去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時(shí)頻元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)率按調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。直接調(diào)頻。1改變振蕩回路的元件參數(shù)實(shí)

2、現(xiàn)調(diào)頻改變振蕩回路的元件參數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻在在LC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是LC振振蕩回路的電感蕩回路的電感L和電容和電容C。在。在RC振蕩器中，決定振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據(jù)振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據(jù)調(diào)頻的特點(diǎn)，用調(diào)制信號(hào)去控制電感、電容或電調(diào)頻的特點(diǎn)，用調(diào)制信號(hào)去控制電感、電容或電阻的數(shù)值就能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。阻的數(shù)值就能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。調(diào)頻電路中常用的可控電容元件有變?nèi)荻O管和調(diào)頻電路中常用的可控電容元件有變?nèi)荻O管和電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗

3、管電路，而可控電阻元件磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件有二極管和場(chǎng)效應(yīng)管。有二極管和場(chǎng)效應(yīng)管。2控制振蕩器的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻控制振蕩器的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻在微波發(fā)射機(jī)中，常用速調(diào)管振蕩器作為載波振在微波發(fā)射機(jī)中，常用速調(diào)管振蕩器作為載波振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子反射極上的反蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子反射極上的反射極電壓。因此，只需將調(diào)制信號(hào)加至反射極即射極電壓。因此，只需將調(diào)制信號(hào)加至反射極即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制信號(hào)控制積分電容的充放電電流，從而控制其振信號(hào)控制積分電容的充放電電流，從而控

4、制其振蕩頻率。蕩頻率。10.3.2 間接調(diào)頻原理間接調(diào)頻原理調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式，在調(diào)制信號(hào)為調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式，在調(diào)制信號(hào)為u(t)時(shí)，為時(shí)，為 uFM(t)=Ucm cosct+kf 可見調(diào)頻波的相位偏移為可見調(diào)頻波的相位偏移為kf ，與調(diào)制信號(hào)，與調(diào)制信號(hào)u(t)的積分成正比。的積分成正比。若將調(diào)制信號(hào)先通過積分器得若將調(diào)制信號(hào)先通過積分器得 ，然后再通過，然后再通過調(diào)相器進(jìn)行調(diào)相，即可得到調(diào)制信號(hào)為調(diào)相器進(jìn)行調(diào)相，即可得到調(diào)制信號(hào)為 的的調(diào)相波，即調(diào)相波，即 u(t)=Ucm cosct+kP 因此，調(diào)頻可以通過調(diào)相間接實(shí)現(xiàn)。通常將這樣因此，調(diào)頻可以通過調(diào)相間接實(shí)現(xiàn)。通常將這樣的調(diào)頻方式

5、稱為間接調(diào)頻，其原理方框圖如圖的調(diào)頻方式稱為間接調(diào)頻，其原理方框圖如圖10-1所示。這樣的調(diào)頻方式采用頻率穩(wěn)定度很高所示。這樣的調(diào)頻方式采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩器的振蕩器(例如石英晶體振蕩器例如石英晶體振蕩器)作為載波振蕩器，作為載波振蕩器，然后在它的后級(jí)進(jìn)行調(diào)相，得到的調(diào)頻波的中心然后在它的后級(jí)進(jìn)行調(diào)相，得到的調(diào)頻波的中心頻率穩(wěn)定度很高。頻率穩(wěn)定度很高。 圖圖10-1 間接調(diào)頻原理方框圖間接調(diào)頻原理方框圖10.4 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路10.4.1. 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路1變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管是根據(jù)變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反

6、向電壓改變結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓改變而變化的原理設(shè)計(jì)的。在加反向偏壓時(shí)，變?nèi)荻兓脑碓O(shè)計(jì)的。在加反向偏壓時(shí)，變?nèi)荻艹尸F(xiàn)一個(gè)較大的結(jié)電容。這個(gè)結(jié)電容的大小能管呈現(xiàn)一個(gè)較大的結(jié)電容。這個(gè)結(jié)電容的大小能靈敏地隨反向偏壓而變化。正是利用了變?nèi)荻O靈敏地隨反向偏壓而變化。正是利用了變?nèi)荻O管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會(huì)明路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會(huì)明顯地隨調(diào)制電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達(dá)顯地隨調(diào)制電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的。到調(diào)頻的目的。變?nèi)荻O管的反向電壓與其結(jié)電容呈非

7、線性關(guān)系。變?nèi)荻O管的反向電壓與其結(jié)電容呈非線性關(guān)系。其結(jié)電容其結(jié)電容Cj 與反向偏置電壓與反向偏置電壓ur之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系： (10-19) 式中，式中，UD 為為PN結(jié)的勢(shì)壘電壓，結(jié)的勢(shì)壘電壓，Cj0 為為ur =0時(shí)的結(jié)時(shí)的結(jié)電容電容;為電容變化系數(shù)。為電容變化系數(shù)。2調(diào)頻基本原理調(diào)頻基本原理圖圖10-2 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路圖圖10-2是變?nèi)荻O管調(diào)頻器的原理電路。圖中虛線是變?nèi)荻O管調(diào)頻器的原理電路。圖中虛線左邊是一個(gè)左邊是一個(gè)LC正弦波振蕩器，右邊是變?nèi)荻O正弦波振蕩器，右邊是變?nèi)荻O管和它的偏置電路。其中管和它的偏置電路。其中Cc是藕合電容，是藕合電

8、容，ZL為為高頻扼流圈，它對(duì)高頻信號(hào)可視為開路。變?nèi)荻哳l扼流圈，它對(duì)高頻信號(hào)可視為開路。變?nèi)荻O管是振蕩回路的一個(gè)組成部分，加在變?nèi)荻O極管是振蕩回路的一個(gè)組成部分，加在變?nèi)荻O管上的反向電壓為管上的反向電壓為 ur =Vcc VB+u(t)=VQ+u(t) (10-20)式中，式中，VQ=Vcc VB是加在變?nèi)荻O管上的直流偏置是加在變?nèi)荻O管上的直流偏置電壓；電壓；u(t)為調(diào)制信號(hào)電壓。為調(diào)制信號(hào)電壓。圖圖10-3 結(jié)電容隨調(diào)制電壓變化關(guān)系結(jié)電容隨調(diào)制電壓變化關(guān)系圖圖10-3(a)是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與反向電壓是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與反向電壓ur的關(guān)的關(guān)系曲線。由電路可知，加在變?nèi)荻O管

9、上的反向系曲線。由電路可知，加在變?nèi)荻O管上的反向電壓為直流偏壓電壓為直流偏壓VQ和調(diào)制電壓和調(diào)制電壓u(t)之和，若設(shè)之和，若設(shè)調(diào)制電壓為單頻余弦信號(hào)，即調(diào)制電壓為單頻余弦信號(hào)，即u (t)=Umcost則則反向電壓為反向電壓為ur (t)= VQ+Um cost (10-21)如圖如圖10-3(b)所示。在所示。在ur (t)的控制下，結(jié)電容將隨時(shí)間發(fā)生的控制下，結(jié)電容將隨時(shí)間發(fā)生變化，如圖變化，如圖10-3(c)所示。結(jié)電容是振蕩器振蕩回路的一所示。結(jié)電容是振蕩器振蕩回路的一部分，結(jié)電容隨調(diào)制信號(hào)變化，回路總電容也隨調(diào)制信部分，結(jié)電容隨調(diào)制信號(hào)變化，回路總電容也隨調(diào)制信號(hào)變化，故振蕩頻率

10、也將隨調(diào)制信號(hào)變化。只要適當(dāng)選號(hào)變化，故振蕩頻率也將隨調(diào)制信號(hào)變化。只要適當(dāng)選取變?nèi)荻O管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變?nèi)∽內(nèi)荻O管的特性及工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化與調(diào)制信號(hào)近似成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻?；c調(diào)制信號(hào)近似成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。3. 電路分析電路分析設(shè)調(diào)制信號(hào)為設(shè)調(diào)制信號(hào)為u(t)=Um cost，加在二極管上的反向直流，加在二極管上的反向直流偏壓為偏壓為 VQ，VQ的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號(hào)時(shí)振蕩器的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號(hào)時(shí)振蕩器的振蕩頻率等于要求的載波頻率，同時(shí)還應(yīng)保證在調(diào)制的振蕩頻率等于要求的載波頻率，同時(shí)還應(yīng)保證在調(diào)制信號(hào)信號(hào)u (t)的變化范圍內(nèi)保持變

11、容二極管在反向電壓下的變化范圍內(nèi)保持變?nèi)荻O管在反向電壓下工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為ur (t)= VQ+Um cost相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為 當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓u(t)=0時(shí)，即為載波狀態(tài)。此時(shí)時(shí)，即為載波狀態(tài)。此時(shí)ur(t)=VQ，對(duì)應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為，對(duì)應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為CjQ當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓u(t)=Um cost時(shí)，時(shí)， (10-22)代入式代入式(10-22),并令并令m= Um /(UD+VQ)為電容調(diào)制度，為電容調(diào)制度，則可得則可得 (10-23)上式表示的是變?nèi)荻?/p>

12、極管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的上式表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的關(guān)系。而變?nèi)荻O管調(diào)頻器的瞬時(shí)頻率與調(diào)制電關(guān)系。而變?nèi)荻O管調(diào)頻器的瞬時(shí)頻率與調(diào)制電壓的關(guān)系由振蕩回路決定。由圖壓的關(guān)系由振蕩回路決定。由圖10-2可得，振蕩可得，振蕩器振蕩回路的等效電路，如圖器振蕩回路的等效電路，如圖10-4(a)所示。所示。圖圖10-4 振蕩回路等效電路振蕩回路等效電路1)變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容變?nèi)荻O管作為振蕩回路的總電容設(shè)設(shè)C1未接入未接入,Cc較大較大,即回路的總電容僅是變?nèi)荻O即回路的總電容僅是變?nèi)荻O管的結(jié)電容管的結(jié)電容,其等效回路如圖其等效回路如圖10-4(b)所示。加在所示。加在變?nèi)荻?/p>

13、極管上的高頻電壓很小變?nèi)荻O管上的高頻電壓很小,可忽略其對(duì)變?nèi)菘珊雎云鋵?duì)變?nèi)荻O管電容量變化的影響二極管電容量變化的影響,則瞬時(shí)振蕩角頻率為則瞬時(shí)振蕩角頻率為 (10-24)因?yàn)槲醇诱{(diào)制信號(hào)時(shí)的載波頻率因?yàn)槲醇诱{(diào)制信號(hào)時(shí)的載波頻率 ,所以所以 （10-25）根據(jù)調(diào)頻的要求根據(jù)調(diào)頻的要求,當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容時(shí)總電容時(shí),實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是容二極管的電實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件是容二極管的電容變化系數(shù)容變化系數(shù)=2。若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)若變?nèi)荻O管的電容變化系數(shù)不等于不等于2，設(shè)，設(shè)u(t)=Um cost ，則，則 可以在可以在 mcos t=0處展開成

14、為泰勒級(jí)數(shù)，得處展開成為泰勒級(jí)數(shù)，得 (10-26)通常通常m1，上列級(jí)數(shù)是收斂的。因此，上列級(jí)數(shù)是收斂的。因此,可以忽略三可以忽略三次方項(xiàng)以上的各項(xiàng)次方項(xiàng)以上的各項(xiàng),則則 從上式可知從上式可知,對(duì)于變?nèi)荻O管調(diào)頻器對(duì)于變?nèi)荻O管調(diào)頻器,若使用的變?nèi)萑羰褂玫淖內(nèi)荻O管的變?nèi)菹禂?shù)二極管的變?nèi)菹禂?shù)2,則輸出調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生非線則輸出調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生非線性失真和中心頻率偏移。其結(jié)果如下：性失真和中心頻率偏移。其結(jié)果如下： (1). 調(diào)頻波的最大角頻率偏移調(diào)頻波的最大角頻率偏移 (10-27) (2). 調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生二次諧波失真調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生二次諧波失真,二次諧波失真的二次諧波失真的最大角頻率偏移最大角頻率偏移

15、 (10-28)調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為 (10-29) (3)調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生中心頻率偏移，其偏離值為調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生中心頻率偏移，其偏離值為 (10-30)中心角頻率的相對(duì)偏離值為中心角頻率的相對(duì)偏離值為 (10-31)綜上所述，若要調(diào)頻的頻偏大，就需增大綜上所述，若要調(diào)頻的頻偏大，就需增大m，這樣，這樣中心頻率偏移量和非線性失真量也增大。中心頻率偏移量和非線性失真量也增大。在某些應(yīng)用中，要求的相對(duì)頻偏較小，而所需要在某些應(yīng)用中，要求的相對(duì)頻偏較小，而所需要的的m也就較小。因此，這時(shí)即使也就較小。因此，這時(shí)即使不等于不等于2，二次，二次諧波失真和中心頻率偏移也不大。由此

16、可見，在諧波失真和中心頻率偏移也不大。由此可見，在相對(duì)頻偏較小的情況下，對(duì)變?nèi)荻O管相對(duì)頻偏較小的情況下，對(duì)變?nèi)荻O管值的要值的要求并不嚴(yán)格。求并不嚴(yán)格。 2)變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容的調(diào)頻電路變?nèi)荻O管的結(jié)電容作為回路總電容的調(diào)頻電路的中心頻率穩(wěn)定度較差，這是因?yàn)橹行念l率的中心頻率穩(wěn)定度較差，這是因?yàn)橹行念l率fc決決定于變?nèi)荻O管結(jié)電容的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度變化或定于變?nèi)荻O管結(jié)電容的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度變化或反向偏壓反向偏壓VQ不穩(wěn)時(shí)，會(huì)引起結(jié)電容的變化不穩(wěn)時(shí)，會(huì)引起結(jié)電容的變化,它又它又會(huì)引起中心頻率較大變化。為了減小中心頻率不會(huì)引起中心頻率較大變化。為了減小中心頻率不穩(wěn)穩(wěn),提高中心頻率穩(wěn)定度，通常采用部分接入的提高中心頻率穩(wěn)定度，通常采用部分接入的辦法來改善性能。辦法來改善性能。變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路如圖變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路如圖10-4(a)所示。變?nèi)荻O管和所示。變?nèi)荻O管和Cc串聯(lián)，再和串聯(lián)，再和C1并聯(lián)，并聯(lián)，構(gòu)成振蕩回路總電容構(gòu)成振蕩回路總電容C (10-32)加調(diào)制信號(hào)加調(diào)制信號(hào)u(t)=Um cost后，總回路電容后，總回路電容C為為 (10-33)相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為 (10-