通信電子線路講義8+-+1

1、第第 8 章章 角度調(diào)制角度調(diào)制主要內(nèi)容主要內(nèi)容8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 調(diào)頻方法的概述調(diào)頻方法的概述8.3 8.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路8.4 8.4 石英晶體振蕩器直接調(diào)頻石英晶體振蕩器直接調(diào)頻8.5 8.5 調(diào)相電路調(diào)相電路8.6 8.6 數(shù)字頻率調(diào)制與相位調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制與相位調(diào)制教學(xué)要求教學(xué)要求 掌握掌握調(diào)角信號(hào)的定義、表示式、波形、頻譜等調(diào)角信號(hào)的定義、表示式、波形、頻譜等基本特征?；咎卣?。 掌握掌握典型的角度調(diào)制電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、典型的角度調(diào)制電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法和性能特點(diǎn)。分析方法和性能特點(diǎn)。 了解了解數(shù)字角度調(diào)制的典型調(diào)制

2、方式及其實(shí)現(xiàn)方數(shù)字角度調(diào)制的典型調(diào)制方式及其實(shí)現(xiàn)方法。法。任意正弦波信號(hào)：任意正弦波信號(hào)：u uc c( (t t) ) = U Ucmcmcos(cos( 0 0 t +t + o o )= )= U Ucmcmcos(cos( ( (t t) )如果利用調(diào)制信號(hào)如果利用調(diào)制信號(hào)u u ( (t t)= )= U U m m cos cos t t 去控制三個(gè)參量中的某個(gè)，去控制三個(gè)參量中的某個(gè)，產(chǎn)生調(diào)制的作用產(chǎn)生調(diào)制的作用: :AM: AM: )cos1 ()(tmUtUacmcmFM :FM :)()(0tuktfPM: PM: )()(0tukttp角度調(diào)制角度調(diào)制 屬于頻譜屬于頻譜線

3、性搬移電路線性搬移電路，調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中。寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中。屬于頻譜的屬于頻譜的非線性搬移電路非線性搬移電路，已調(diào)波為等幅已調(diào)波為等幅波，調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變波，調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中?；小?8.1 概述概述 ( (t t)= )= c c t +t + o o 為總相角為總相角 U Ucmcm為振幅為振幅 c c為角頻率為角頻率 o o為初始相角為初始相角其中：其中：FM，PM從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱為從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)解調(diào)(AM)(AM)振幅解調(diào)振幅解調(diào)檢波檢波 (FM)(FM)頻率解調(diào)頻率

4、解調(diào)鑒頻鑒頻 (detection)(detection) (frequency discrimination) (frequency discrimination)(PM)(PM)相位解調(diào)相位解調(diào)鑒相鑒相(phase detection) (phase detection) vAMfff1. 1. 調(diào)角電路定義及分類(lèi)調(diào)角電路定義及分類(lèi)定義：定義：模擬頻率調(diào)制和相位調(diào)制合稱為模擬角度調(diào)制模擬頻率調(diào)制和相位調(diào)制合稱為模擬角度調(diào)制( (簡(jiǎn)稱調(diào)簡(jiǎn)稱調(diào)角角) )。高頻振蕩振幅不變，其角度隨著調(diào)制信號(hào)。高頻振蕩振幅不變，其角度隨著調(diào)制信號(hào)u u ( (t t) )以一定關(guān)以一定關(guān)系變化。系變化。)()(

5、0tuktf頻率調(diào)制頻率調(diào)制：高頻振蕩的振幅保持不變，瞬時(shí)角頻率隨：高頻振蕩的振幅保持不變，瞬時(shí)角頻率隨 調(diào)制信號(hào)成線性變化調(diào)制信號(hào)成線性變化 FMFM分類(lèi)：分類(lèi)：)()(0tukttp 相位調(diào)制相位調(diào)制：高頻振蕩的振幅保持不變，瞬時(shí)相位隨調(diào)：高頻振蕩的振幅保持不變，瞬時(shí)相位隨調(diào) 制信號(hào)成線性變化制信號(hào)成線性變化 PMPM注意：注意：（1 1）因?yàn)橄辔皇穷l率的積分，故頻率的變化必將引起相位的變化，）因?yàn)橄辔皇穷l率的積分，故頻率的變化必將引起相位的變化，反之亦然。反之亦然。 調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)在時(shí)域特性、調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)在時(shí)域特性、 頻譜寬度、頻譜寬度、 調(diào)制與解調(diào)的原理、實(shí)現(xiàn)方法等方面都有密

6、切的聯(lián)系。調(diào)制與解調(diào)的原理、實(shí)現(xiàn)方法等方面都有密切的聯(lián)系。（2 2）模擬角度調(diào)制與解調(diào)屬于）模擬角度調(diào)制與解調(diào)屬于非線性頻率變換非線性頻率變換，比屬于線性頻率變，比屬于線性頻率變換的模擬振幅調(diào)制與解調(diào)在原理和電路實(shí)現(xiàn)上都要困難一些。換的模擬振幅調(diào)制與解調(diào)在原理和電路實(shí)現(xiàn)上都要困難一些。 （3 3）由于角度調(diào)制信號(hào)在）由于角度調(diào)制信號(hào)在抗干擾抗干擾方面比振幅調(diào)制信號(hào)要好得多，因方面比振幅調(diào)制信號(hào)要好得多，因此雖然要占用更多的帶寬，但仍得到了廣泛的應(yīng)用。此雖然要占用更多的帶寬，但仍得到了廣泛的應(yīng)用。 （4 4）在模擬通信方面）在模擬通信方面, , 調(diào)頻制比調(diào)相制更加優(yōu)越調(diào)頻制比調(diào)相制更加優(yōu)越，故大

7、都采用調(diào)頻，故大都采用調(diào)頻制。所以制。所以本章以模擬調(diào)頻電路為主題本章以模擬調(diào)頻電路為主題，但由于調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相，但由于調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的內(nèi)在聯(lián)系，調(diào)頻可以用調(diào)相電路間接實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)際上信號(hào)的內(nèi)在聯(lián)系，調(diào)頻可以用調(diào)相電路間接實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)際上也介紹了一些調(diào)相電路。也介紹了一些調(diào)相電路。進(jìn)行角度調(diào)制進(jìn)行角度調(diào)制 (FM(FM或或PM)PM)后后 ，其已調(diào)，其已調(diào)波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù)，即波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù)，即 ( (t t) )?？捎糜覉D所示的旋轉(zhuǎn)矢量表示?？捎糜覉D所示的旋轉(zhuǎn)矢量表示。t t= = t t (t)(t)o)t( t t =0=0實(shí)軸實(shí)軸設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的長(zhǎng)度為設(shè)旋轉(zhuǎn)矢量的長(zhǎng)度為

8、U Ucmcm( (t t) )，且當(dāng)，且當(dāng)t t = 0= 0時(shí)，初相角為時(shí)，初相角為 o o；t t = = t t 時(shí)刻，時(shí)刻，矢量與實(shí)軸之間的瞬時(shí)相角為矢量與實(shí)軸之間的瞬時(shí)相角為 (t (t) )，顯然有：，顯然有： 關(guān)關(guān)系系瞬瞬時(shí)時(shí)頻頻率率與與瞬瞬時(shí)時(shí)相相角角的的todtttdttdt0)()()()(而該矢量在實(shí)軸上的投影：而該矢量在實(shí)軸上的投影：)(cos)(tUtucmc2. 2. 調(diào)角信號(hào)的分析與特點(diǎn)調(diào)角信號(hào)的分析與特點(diǎn)設(shè)高頻載波信號(hào)為設(shè)高頻載波信號(hào)為 ： )(cos)cos()(0tUtUtucmocmcu uc c( (t t) ) 調(diào)制信號(hào)：調(diào)制信號(hào)： tUtumcos

9、)(（1 1）調(diào)頻）調(diào)頻FMFM：由于：由于已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號(hào)線形變化已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號(hào)線形變化，則有：，則有：)()()(ttuktofo 其中：其中：: : 載波角頻率，載波角頻率，F(xiàn)MFM波的中心頻率波的中心頻率. . o ： 調(diào)頻靈敏度，調(diào)頻靈敏度， fk)()(tutkf 單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的頻率偏移單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的頻率偏移 . . )()(tuktF, ,瞬時(shí)頻率偏移瞬時(shí)頻率偏移（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱頻偏頻偏）, ,寄載了調(diào)制信息，表示瞬時(shí)頻率相對(duì)于載波頻率的偏移寄載了調(diào)制信息，表示瞬時(shí)頻率相對(duì)于載波頻率的偏移 . .最大頻偏最大頻偏 mFFmUktukmax| )(|另外，由瞬

10、時(shí)頻率與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)相位的關(guān)系，若設(shè)另外，由瞬時(shí)頻率與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)相位的關(guān)系，若設(shè) 0 o 則有：則有： tttoFoFttdttuktdttukdttt0000)()()()()( )(t：瞬時(shí)相位偏移，瞬時(shí)相位偏移， tUkdttuktmFtFsin)()(0設(shè)：載波：設(shè)：載波：tUtuocmccos)( 最大相位偏移：最大相位偏移： mFmUktmax| )( tFoFMdttuktUtUtu0)(cos)(cos)( 令令 m mf f = = m m ，稱為，稱為FMFM波的波的調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻指數(shù)，則調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：，則調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 所以有：所以有： tmtUtUktU

11、dttuktUtufomFotFoFMsincossincos)(cos)(0注意：與注意：與AMAM波不同，波不同，m m f f 一般可大于一般可大于1 1，且，且m m f f 越大，抗干擾性能越好，越大，抗干擾性能越好， 但頻帶越寬。但頻帶越寬。對(duì)單一頻率調(diào)制的對(duì)單一頻率調(diào)制的FMFM波，由于：波，由于： tUtumcos)(已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號(hào)線形變化已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號(hào)線形變化，有：，有：)()()(tttukttopo 0 0t t ：載波的相位角載波的相位角 pk：調(diào)相靈敏度，調(diào)相靈敏度， )()(tutkp ，單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的相位偏移。單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的相位偏移

12、。 )()(tuktp ：瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)相位偏移，即，即 )(t 相對(duì)于相對(duì)于 to 的偏移量的偏移量。(2) (2) 調(diào)相（調(diào)相（PMPM） 最大相位偏移：最大相位偏移： pmppmmUktukmax| )(（調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù)）另外，由瞬時(shí)相位與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率之間的關(guān)系，可得：另外，由瞬時(shí)相位與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率之間的關(guān)系，可得： )()()()(tdttdukdttdtopo dttduktp)()( ； PMPM波波瞬時(shí)頻偏。瞬時(shí)頻偏。 最大頻偏最大頻偏: : mppmUkdttdukmax|)(|PMPM波的表達(dá)式為：波的表達(dá)式為： )(costuktUupoPM 對(duì)于單一頻率調(diào)制信

13、號(hào)對(duì)于單一頻率調(diào)制信號(hào) tUtumcos)(的的PMPM波：波： coscoscoscostmtUtUktUupompoPM載波：載波： 調(diào)制信號(hào)：調(diào)制信號(hào)： )cos()(oootUtu tUtumcos)( FM FM波波 PMPM波波 (a)(a)瞬時(shí)頻率：瞬時(shí)頻率： )()(tuktFo dttduktpo)()( (3) (3) 調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的比較調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的比較(b)(b)瞬時(shí)相位：瞬時(shí)相位： otFodttuktt 0)()(opotuktt )()(c)(c)最大頻偏：最大頻偏：mFFmUktukmax| )(|mppmUkdttdukmax|)(|(d)(d)最

14、大相位：最大相位： mFtFmfUkdttukmmax0|)(|mppmpUktukmmax| )(|(e) (e) 表達(dá)式表達(dá)式: : sincossincos)(cos)(cos)(0ofoomfootfoFMtmtUtUktUdttuktUtUtucoscoscoscos)(cos)(cos)(opoompoopoPMtmtUtUktUtuktUtUtu討論：討論：(a) (a) 一般調(diào)角信號(hào)的表達(dá)式：一般調(diào)角信號(hào)的表達(dá)式：sincos)(ootmtUtu m mp p m m m m m mf f (b) FM(b) FM波：波： mfmUkmffUkm(c) PM(c) PM波：波：

15、 mpmUkmppUkm調(diào)頻波的波形調(diào)頻波的波形調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)的調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)的相同點(diǎn)：相同點(diǎn)： 二者都是等幅信號(hào)。二者都是等幅信號(hào)。 二者的頻率和相位都隨調(diào)制信號(hào)而變化，均產(chǎn)生頻偏與相偏，成為疏密二者的頻率和相位都隨調(diào)制信號(hào)而變化，均產(chǎn)生頻偏與相偏，成為疏密波形。正頻偏最大處，即瞬時(shí)頻率最高處，波形最密；負(fù)頻偏最大處，即波形。正頻偏最大處，即瞬時(shí)頻率最高處，波形最密；負(fù)頻偏最大處，即瞬時(shí)頻率最低處，波形最疏。瞬時(shí)頻率最低處，波形最疏。調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)的調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)的區(qū)別區(qū)別: : 二者的頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律不一樣二者的頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律不一樣, , 但由于頻率與相位是但

16、由于頻率與相位是微積分關(guān)系微積分關(guān)系, , 故二者是有密切聯(lián)系的。故二者是有密切聯(lián)系的。eg:eg: 對(duì)于調(diào)頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，調(diào)制信號(hào)電平最高處對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)正頻偏最大，波對(duì)于調(diào)頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，調(diào)制信號(hào)電平最高處對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)正頻偏最大，波形最密；對(duì)于調(diào)相信號(hào)來(lái)說(shuō)，調(diào)制信號(hào)電平變化率（斜率）最大處對(duì)應(yīng)的形最密；對(duì)于調(diào)相信號(hào)來(lái)說(shuō)，調(diào)制信號(hào)電平變化率（斜率）最大處對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)正頻偏最大，波形最密。瞬時(shí)正頻偏最大，波形最密。 從表從表7-17-1中可以看出，調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)中可以看出，調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)MMf f與調(diào)制頻率有關(guān)與調(diào)制頻率有關(guān), , 最大頻最大頻偏與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)，而調(diào)相信號(hào)的最大頻偏與調(diào)制頻率有關(guān)，調(diào)相

17、指數(shù)偏與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)，而調(diào)相信號(hào)的最大頻偏與調(diào)制頻率有關(guān)，調(diào)相指數(shù)MMp p與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)。與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)。 從理論上講，調(diào)頻信號(hào)的最大角頻偏從理論上講，調(diào)頻信號(hào)的最大角頻偏 m m c c，由于載頻，由于載頻 c c很高，故很高，故 m m可以很大，即調(diào)制范圍很大。由于相位以可以很大，即調(diào)制范圍很大。由于相位以22為周期，因此調(diào)相信號(hào)的為周期，因此調(diào)相信號(hào)的最大相偏最大相偏( (調(diào)相指數(shù)調(diào)相指數(shù)) )MMp p ，故調(diào)制范圍很小。，故調(diào)制范圍很小。表表7-1 7-1 單頻調(diào)頻信號(hào)與單頻調(diào)相信號(hào)參數(shù)比較單頻調(diào)頻信號(hào)與單頻調(diào)相信號(hào)參數(shù)比較 若用若用m m代替代替m mf f 或或 m mp p

18、，把，把 FM FM 和和 PMPM信號(hào)用統(tǒng)一的調(diào)角信號(hào)來(lái)表示，且令信號(hào)用統(tǒng)一的調(diào)角信號(hào)來(lái)表示，且令 0 0=0=0，則單位頻率調(diào)制的調(diào)角信號(hào)可表示為，則單位頻率調(diào)制的調(diào)角信號(hào)可表示為 ：sincos)(tmtUtuo 展開(kāi)成以下級(jí)數(shù)：展開(kāi)成以下級(jí)數(shù)： 1204202cos)(2)(4cos)(22cos)(2)()sincos(nntnmJmJtmJtmJmJtm3. 3. 調(diào)角信號(hào)的頻譜與帶寬調(diào)角信號(hào)的頻譜與帶寬 012531)12sin()(25sin)(23sin)(2sin)(2)sinsin(nntnmJtmJtmJtmJtm式中：式中：J Jn n( (m m) ) 稱為第一類(lèi)稱

19、為第一類(lèi)Bessel functionBessel function，當(dāng)，當(dāng)m m，n n一定時(shí)，一定時(shí)， J Jn n( (m m) ) 為定系數(shù)，為定系數(shù)，其其值可以由曲線和函數(shù)表查出值可以由曲線和函數(shù)表查出。SoSo： 01212sin)12sin()(2cos2cos)(2)()(nononnottnmJUttnmJmJUtu 利用三角函數(shù)積化和差公式：利用三角函數(shù)積化和差公式： )cos(21)cos(21sinsin)cos(21)cos(21coscos So So 上式可表示為：上式可表示為： nontnmJUtu)cos()()( FM/PM FM/PM 信號(hào)的頻譜由載頻信號(hào)

20、的頻譜由載頻 o 和無(wú)限對(duì)上，下邊頻分量和無(wú)限對(duì)上，下邊頻分量 )( no 組成組成. . 0 0分量：分量： UmJo)(，其大小決定于，其大小決定于m m ：調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù) 上、下邊頻分量上、下邊頻分量 0 0n n ：UmJn)(，與，與m m和和n n的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。 o o- - FM / PMFM / PM的頻譜的頻譜 o o+ + o o o o+2+2 o o+3+3 o o+4+4 o o-2 -2 o o-3 -3 o o-4 -4 o o 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)u u 載波載波u uo o一般有一般有 : :值值越越大大所所占占頻頻帶帶越越寬寬一一定定時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)不不計(jì)計(jì)

21、高高次次邊邊頻頻分分量量可可以以忽忽略略一一定定時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)mmJmnmJnmnn,)(:, 0)(:由第一類(lèi)由第一類(lèi)Bessel functionBessel function的性質(zhì)：的性質(zhì)： )()1()(mJmJnnn 所以有所以有 : :為奇數(shù)為偶數(shù)nmJmJnmJmJnnnn),()(),()(各邊頻分量與載頻分量之間的頻率間距為各邊頻分量與載頻分量之間的頻率間距為n n ，且當(dāng)，且當(dāng)n n為偶數(shù)時(shí)，上下邊為偶數(shù)時(shí)，上下邊頻分量符號(hào)相同，而當(dāng)頻分量符號(hào)相同，而當(dāng)n n為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻分量符號(hào)相反。為奇數(shù)時(shí)，上下邊頻分量符號(hào)相反。 凡是振幅小于未調(diào)載波振幅的凡是振幅小于未調(diào)載波振幅的10

22、%15%10%15%的邊的邊頻分量可以忽略不計(jì)。頻分量可以忽略不計(jì)。 15. 010. 0| )(| mJn 實(shí)際上實(shí)際上可以把調(diào)角信號(hào)認(rèn)為是有限帶寬的信號(hào)可以把調(diào)角信號(hào)認(rèn)為是有限帶寬的信號(hào)，這取決于實(shí)際應(yīng)這取決于實(shí)際應(yīng)用中允許解調(diào)后信號(hào)的失真程度。用中允許解調(diào)后信號(hào)的失真程度。 工程上有兩種不同的準(zhǔn)則：工程上有兩種不同的準(zhǔn)則： (1) (1) 比較精確的準(zhǔn)則：比較精確的準(zhǔn)則：FMFM信號(hào)的帶寬包括幅度大于未調(diào)載波振幅信號(hào)的帶寬包括幅度大于未調(diào)載波振幅1%1%以上的邊頻分量，即以上的邊頻分量，即 01. 0| )(| fnmJ如果在滿足上述條件下的最高邊頻的次數(shù)為如果在滿足上述條件下的最高邊頻

23、的次數(shù)為n n maxmax，則，則FMFM信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬為為 B BFMFM=2n=2nmaxmax 或或 B BFMFM=2n=2nmaxmaxF F，其中其中 2 F(2) (2) 常用的工程準(zhǔn)則：常用的工程準(zhǔn)則： 由由Bessel functionBessel function可得可得 B BFMFM=2(m=2(mf f+1)F+1)F在實(shí)際應(yīng)用中也常區(qū)分為：在實(shí)際應(yīng)用中也常區(qū)分為：)(22,10)1(2, 1)( ,2, 1為為最最大大頻頻偏偏稱稱為為寬寬帶帶調(diào)調(diào)頻頻波波頻頻帶帶相相同同與與稱稱為為窄窄帶帶調(diào)調(diào)頻頻mmfFMffFMfFMfffFmBmFmBmAMFBm 調(diào)頻

24、信號(hào)的帶寬調(diào)頻信號(hào)的帶寬 對(duì)有限頻帶的調(diào)制信號(hào)，即對(duì)有限頻帶的調(diào)制信號(hào)，即F=F= F F minminFF maxmax， 調(diào)角信號(hào)的頻帶為：調(diào)角信號(hào)的頻帶為： maxmaxmax,2,10)1(2,12,1mFffBmFmBmFBmmm時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)可以看出調(diào)相制的信號(hào)帶寬隨調(diào)制信號(hào)頻率的升高而增加，而調(diào)頻可以看出調(diào)相制的信號(hào)帶寬隨調(diào)制信號(hào)頻率的升高而增加，而調(diào)頻波則不變，有時(shí)把調(diào)頻制叫做波則不變，有時(shí)把調(diào)頻制叫做恒定帶寬調(diào)制恒定帶寬調(diào)制。對(duì)調(diào)頻電路的要求：對(duì)調(diào)頻電路的要求： (1)(1)具有線性的調(diào)制作用具有線性的調(diào)制作用 (2)(2)具有較高的調(diào)制靈活度，即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的頻偏要大具

25、有較高的調(diào)制靈活度，即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的頻偏要大 (3)(3)最大頻偏于調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān)最大頻偏于調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān) (4)(4)未調(diào)制的載波頻率應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度未調(diào)制的載波頻率應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度 (5)(5)無(wú)寄生調(diào)幅或者寄生調(diào)幅盡可能小無(wú)寄生調(diào)幅或者寄生調(diào)幅盡可能小2. 2. 調(diào)頻方法分類(lèi)調(diào)頻方法分類(lèi) 實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的方式一般有兩種實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的方式一般有兩種: : 直接調(diào)頻直接調(diào)頻 間接調(diào)頻間接調(diào)頻8.2 8.2 調(diào)頻方法概述調(diào)頻方法概述 直接調(diào)頻直接調(diào)頻根據(jù)調(diào)頻信號(hào)的根據(jù)調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)成線性變化瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)成線性變化這一基本特這一基本特性，可以將調(diào)制信號(hào)作為

26、壓控振蕩器的控制電壓，使其產(chǎn)生性，可以將調(diào)制信號(hào)作為壓控振蕩器的控制電壓，使其產(chǎn)生的振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律而變化，壓控振蕩器的中心頻率的振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律而變化，壓控振蕩器的中心頻率即為載波頻率。即為載波頻率。顯然，這是實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的最直接方法，故稱為顯然，這是實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的最直接方法，故稱為直接調(diào)頻直接調(diào)頻。優(yōu)點(diǎn)：易于得到較大的頻偏優(yōu)點(diǎn)：易于得到較大的頻偏缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度低缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度低由相位與頻率之間的關(guān)系：由相位與頻率之間的關(guān)系： )/( ,)()()( ,)()(0sraddttdtraddtttt 在同一調(diào)制信號(hào)在同一調(diào)制信號(hào) )(tu 的控制下，形成的的控制下，形成的FMFM波和波

27、和PMPM波的表達(dá)式為：波的表達(dá)式為：)(cos)()(cos)(0tuktUtudttuktUtupoPMtfoFM 以上的過(guò)程為以上的過(guò)程為直接調(diào)頻直接調(diào)頻或或直接調(diào)相。直接調(diào)相。 )(tu 調(diào)調(diào)頻頻器器 tFoFMdttuktUtu0)(cos)( FMdirect,)(tu 調(diào)調(diào)相相器器)(costuktUupoPM PMdirect,4. 4. 間接調(diào)頻間接調(diào)頻若先對(duì)調(diào)制信號(hào)若先對(duì)調(diào)制信號(hào)u u ( (t t) )進(jìn)行積分進(jìn)行積分, , 得到得到u u1 1( (t t)=)=t t0 0u u ( (t t)d)dt t, , 然后將然后將u u1 1( (t t) )作作為調(diào)制信

28、號(hào)對(duì)載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。為調(diào)制信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。因此將調(diào)制信號(hào)積分后調(diào)相，是實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的另外一種方式，稱為因此將調(diào)制信號(hào)積分后調(diào)相，是實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的另外一種方式，稱為間接調(diào)頻間接調(diào)頻。或者說(shuō)，間接調(diào)頻是借用調(diào)相的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻?；蛘哒f(shuō)，間接調(diào)頻是借用調(diào)相的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。優(yōu)點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高。優(yōu)點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高。微微分分調(diào)調(diào)頻頻(1) (1) 把把u u ( (t t) )先積分后，再經(jīng)過(guò)調(diào)相器，也可得到對(duì)先積分后，再經(jīng)過(guò)調(diào)相器，也可得到對(duì)u u ( (t t) )而言的調(diào)頻而言的調(diào)頻波，也稱為波，也稱為間接調(diào)頻間接調(diào)頻。（。（indirect frequency mo

29、dulationindirect frequency modulation）)(tu tdttu0)(積積分分調(diào)調(diào)相相 tpoFMdttuktUu0)(cos )(tu )(costuktUupoPM )(tudtd (2) (2) 把把u u ( (t t) )先為微分后，再經(jīng)過(guò)調(diào)頻器，可得到先為微分后，再經(jīng)過(guò)調(diào)頻器，可得到間接調(diào)相間接調(diào)相。（。（indirect indirect Phase modulationPhase modulation）5. 5. 調(diào)相原理調(diào)相原理相位調(diào)制的相位調(diào)制的基本原理：基本原理：使角頻率為使角頻率為 c c的高頻載波的高頻載波u uc c( (t t) )

30、通過(guò)一個(gè)通過(guò)一個(gè)可控相移網(wǎng)絡(luò)可控相移網(wǎng)絡(luò), , 此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移 受調(diào)制電壓受調(diào)制電壓u u ( (t t) )控制控制, , 滿滿足足 = =k kp pu u ( (t t) )的關(guān)系的關(guān)系, , 則網(wǎng)絡(luò)輸出調(diào)相信號(hào)。則網(wǎng)絡(luò)輸出調(diào)相信號(hào)。 調(diào)相信號(hào)可寫(xiě)成調(diào)相信號(hào)可寫(xiě)成: : u uPMPM= =U Ucmcmcoscos c ct t+k+kp pu u ( (t t) ) = =U Ucmcmcoscos)(tuktcpc=Ucmcosc(t -) 其中：其中：)()(tuktuwkdcpcpwk是一比例系數(shù)。是一比例系數(shù)。 將調(diào)相信號(hào)表示為一個(gè)可控時(shí)延信號(hào)，時(shí)延將調(diào)相信

31、號(hào)表示為一個(gè)可控時(shí)延信號(hào)，時(shí)延 與調(diào)制電壓與調(diào)制電壓u u ( (t t) )成成正比?？梢?jiàn)，時(shí)延與相移本質(zhì)上是一樣的。正比?？梢?jiàn)，時(shí)延與相移本質(zhì)上是一樣的。所以所以, , 將將可控相移網(wǎng)絡(luò)可控相移網(wǎng)絡(luò)改為改為可控時(shí)延網(wǎng)絡(luò)可控時(shí)延網(wǎng)絡(luò)，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)相。，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)相。6. 6. 調(diào)頻制與調(diào)相制分析調(diào)頻制與調(diào)相制分析 調(diào)頻制調(diào)頻制指?jìng)魉偷恼{(diào)角信號(hào)中指?jìng)魉偷恼{(diào)角信號(hào)中, , 瞬時(shí)頻偏與調(diào)制電壓成正比；瞬時(shí)頻偏與調(diào)制電壓成正比；調(diào)調(diào)相制相制是指?jìng)魉偷恼{(diào)角信號(hào)中是指?jìng)魉偷恼{(diào)角信號(hào)中, , 瞬時(shí)相偏與調(diào)制電壓成正比。雖然瞬時(shí)相偏與調(diào)制電壓成正比。雖然調(diào)頻信號(hào)可以由調(diào)相方式間接實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)可以由調(diào)相方式間接

32、實(shí)現(xiàn), , 調(diào)相信號(hào)也可以由調(diào)頻方式調(diào)相信號(hào)也可以由調(diào)頻方式間接實(shí)現(xiàn)，但是兩種調(diào)制體制的性能是不一樣的。間接實(shí)現(xiàn)，但是兩種調(diào)制體制的性能是不一樣的。 抗干擾性抗干擾性是衡量調(diào)制體制性能的一個(gè)重要指標(biāo)。假定接收機(jī)是衡量調(diào)制體制性能的一個(gè)重要指標(biāo)。假定接收機(jī)解調(diào)器輸入的已調(diào)波信號(hào)信噪比相同解調(diào)器輸入的已調(diào)波信號(hào)信噪比相同, , 哪一種調(diào)制體制解調(diào)器輸哪一種調(diào)制體制解調(diào)器輸出信噪比高，解調(diào)失真小，則說(shuō)明哪一種調(diào)制體制抗干擾性好。出信噪比高，解調(diào)失真小，則說(shuō)明哪一種調(diào)制體制抗干擾性好。顯然：對(duì)調(diào)幅制的主要干擾是振幅噪聲，對(duì)調(diào)頻制與調(diào)相制的主顯然：對(duì)調(diào)幅制的主要干擾是振幅噪聲，對(duì)調(diào)頻制與調(diào)相制的主要干擾

33、是頻率噪聲和相位噪聲。要干擾是頻率噪聲和相位噪聲。 研究表明：在單頻干擾情況下研究表明：在單頻干擾情況下, , 調(diào)幅制、調(diào)頻制與調(diào)相制對(duì)調(diào)幅制、調(diào)頻制與調(diào)相制對(duì)應(yīng)的已調(diào)波信號(hào)的電壓信噪比的比值應(yīng)的已調(diào)波信號(hào)的電壓信噪比的比值大約等于大約等于各自調(diào)制指數(shù)各自調(diào)制指數(shù)m ma a、m mf f與與m mp p的比值。的比值。 即調(diào)制指數(shù)越大即調(diào)制指數(shù)越大, , 對(duì)應(yīng)的已調(diào)波信號(hào)的電壓信噪比越大，抗對(duì)應(yīng)的已調(diào)波信號(hào)的電壓信噪比越大，抗干擾性越好。調(diào)幅制的干擾性越好。調(diào)幅制的m ma a11，故抗干擾性差。，故抗干擾性差。 對(duì)于調(diào)頻制與調(diào)相制來(lái)說(shuō)，調(diào)制指數(shù)可以大于對(duì)于調(diào)頻制與調(diào)相制來(lái)說(shuō)，調(diào)制指數(shù)可以大

34、于1 1，故抗干擾，故抗干擾性可以比調(diào)幅制好，性可以比調(diào)幅制好， 當(dāng)然當(dāng)然, , 這是用增加帶寬的代價(jià)來(lái)?yè)Q取的。這是用增加帶寬的代價(jià)來(lái)?yè)Q取的。 綜上：綜上： 調(diào)角制的抗干擾性可以比調(diào)幅制好；調(diào)角制的抗干擾性可以比調(diào)幅制好； 調(diào)頻制在帶寬利用和抗干擾性方面又比調(diào)相制好調(diào)頻制在帶寬利用和抗干擾性方面又比調(diào)相制好, , 所以在模擬通信系統(tǒng)中廣泛采用所以在模擬通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)頻制調(diào)頻制而很少用調(diào)相制。而很少用調(diào)相制。0(1)jjRDCCuU1. 1. 變?nèi)荻O管特性變?nèi)荻O管特性 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容(diffusion capacitance)(diffusion capacitance)正向偏置正

35、向偏置，電容效應(yīng)比較小。，電容效應(yīng)比較小。 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容(barrier capacitance)(barrier capacitance)反向偏置反向偏置 ，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。 利用狀態(tài)利用狀態(tài)8.3 8.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 ( (Varactor diode direct FMVaractor diode direct FM) ) PN PN結(jié)反偏時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，專(zhuān)用的變?nèi)荻O管是結(jié)反偏時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，專(zhuān)用的變?nèi)荻O管是經(jīng)過(guò)特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布），使勢(shì)壘電經(jīng)過(guò)特殊工藝

36、處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布），使勢(shì)壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰?。容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰＝Y(jié)電容結(jié)電容C Cj j與反偏電壓與反偏電壓u uR R的關(guān)系：的關(guān)系：C Cj j0 0：u uR R=0=0時(shí)的電容值（零偏置電容）時(shí)的電容值（零偏置電容）u uR R ：反向偏置電壓，：反向偏置電壓，U UD D：PNPN結(jié)勢(shì)壘電位差結(jié)勢(shì)壘電位差 V3 .0:GeV7 .0:Si ：結(jié)電容變化指數(shù)，通常：結(jié)電容變化指數(shù)，通常 =1/21/3=1/21/3， 經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容 =15

37、=15看出：看出：C Cj j與與u uR R之間是非線性關(guān)系，即之間是非線性關(guān)系，即變?nèi)荻O管屬于變?nèi)荻O管屬于非線性電容非線性電容，這，這種非線性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級(jí)也較小，是較理想種非線性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級(jí)也較小，是較理想的高效率，低噪聲非線性電容。的高效率，低噪聲非線性電容。PNPN結(jié)具有電容效應(yīng)結(jié)具有電容效應(yīng) 設(shè)在變?nèi)荻O管上加設(shè)在變?nèi)荻O管上加一個(gè)靜態(tài)工作電壓一個(gè)靜態(tài)工作電壓U Uo o和和一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào)一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào) tUtu cos)(，則結(jié)反偏電壓：，則結(jié)反偏電壓： tUUtuUtuooR cos)()(而結(jié)電容：而結(jié)電容： 其中：其中：

38、 01jjQoDCCUU為：為：靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容。 oDUUUm為：為：結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù)。CjuRUQuRtC jtCjQtmCtUUUUUCtUUUUUUCUtUUCUtUUCCjQDDjDDDjDjDjjcos1cos11cos1cos1cos10000000000L1C12. 2. 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理電路 LCLC正弦波振蕩器正弦波振蕩器變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管及其偏置電路及其偏置電路變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管是振蕩回路的一個(gè)是振蕩回路的一個(gè)組成部分。組成部分。加在變?nèi)荻O管的反向電壓：加在變?nèi)荻O管的反向電壓：

39、)()(tuVtuVVuQBcc式中式中: :V VQ Q：加在變?nèi)荻O管的直流偏：加在變?nèi)荻O管的直流偏置電壓；置電壓；u u ( (t t) )：調(diào)制信號(hào)電壓。：調(diào)制信號(hào)電壓。 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)系變?nèi)荻O管結(jié)電容變?nèi)荻O管結(jié)電容C Cj j將在將在u ur r( (t t) )的控制下隨時(shí)間變化。的控制下隨時(shí)間變化。則振蕩器的振蕩頻率要隨則振蕩器的振蕩頻率要隨 u u ( (t t) )變化。變化。只要電路參數(shù)選取合適，只要電路參數(shù)選取合適，就可以實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。就可以實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。tUtumcos)(tUVtumQcos)(調(diào)制信號(hào)：調(diào)制信號(hào)：反向電壓：反向電

40、壓：電路分析電路分析（1 1）在反向電壓）在反向電壓 u ur r( (t t) )作用下，變?nèi)荻O管的電容值作用下，變?nèi)荻O管的電容值C Cj j0( )1jjDCCu tUDQjjQUVCC10tmCVUtUUVUCVtUVCCjQQDmDQDjdmQjjcos1cos1cos100)/(QDmVUUm 變?nèi)荻O管的結(jié)電容表示式變?nèi)荻O管的結(jié)電容表示式載波狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容載波狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容C CjQjQ( )0,( )Qutu tV載波狀態(tài)時(shí)，載波狀態(tài)時(shí)，則，則調(diào)制狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容調(diào)制狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容C Cj j為電容調(diào)制度。為電容調(diào)制度。 振蕩回路的等效

41、電路振蕩回路的等效電路當(dāng)振蕩回路中的當(dāng)振蕩回路中的 C C1 1未接入，未接入，C Cc c較大較大時(shí)，即回路的總電容僅是變?nèi)荻O管的時(shí)，即回路的總電容僅是變?nèi)荻O管的結(jié)電容，等效回路如圖所示?？烧{(diào)變?nèi)荻O管上的高頻電壓很小，忽略其結(jié)電容，等效回路如圖所示。可調(diào)變?nèi)荻O管上的高頻電壓很小，忽略其對(duì)變?nèi)荻O管電容量變化的影響。對(duì)變?nèi)荻O管電容量變化的影響。瞬時(shí)振蕩頻率瞬時(shí)振蕩頻率為為211)cos1 ()cos1 (111)(tmtmCLCLtcjQjjQcCL1/10)(tu式中：式中：為為時(shí)的載波頻率。時(shí)的載波頻率。（2 2）變?nèi)荻O管作為回路總電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻）變?nèi)荻O管作為回路總電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻

42、實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的條件222)(1cos1)cos1 ()(QDcQDmccVUtutVUUtmt結(jié)論：當(dāng)結(jié)論：當(dāng) =2=2時(shí)，能實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。時(shí)，能實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。 當(dāng)當(dāng) 22時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？3222112222221cos1coscoscos22!3!mtmtmtmt 通常通常 ，可以忽略三次方以上各項(xiàng)，則：，可以忽略三次方以上各項(xiàng)，則：1m22222( )(1cos)12 21coscos11cos1cos222!8 228 2ccctmtmtmtmmtmt 2cos1tm0costm由于由于 可以在可以在 處展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，得處展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，得結(jié)論

43、：結(jié)論：當(dāng)變?nèi)荻O管作為回路總電容時(shí)，當(dāng)變?nèi)荻O管作為回路總電容時(shí)， 2 2調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生中心頻率偏離中心頻率偏離和和非線性失真非線性失真，會(huì)產(chǎn)生如下影響：，會(huì)產(chǎn)生如下影響：調(diào)頻波的中心頻率會(huì)產(chǎn)生偏移。其偏移量為調(diào)頻波的中心頻率會(huì)產(chǎn)生偏移。其偏移量為ccm2128cm22128cm2當(dāng)調(diào)頻電路要求的相對(duì)頻偏較小時(shí)，當(dāng)調(diào)頻電路要求的相對(duì)頻偏較小時(shí)，m m 值很小，電路對(duì)值很小，電路對(duì) 的要求不嚴(yán)格。的要求不嚴(yán)格。 例如，調(diào)頻廣播例如，調(diào)頻廣播f fc c=88108MHz=88108MHz，要求最大頻偏，要求最大頻偏 f fm m=75KHz=75KHz。)104 . 1106 . 1

44、 (133m很小，對(duì)應(yīng)中心頻率偏移量和非線性失真量很小。故對(duì)很小，對(duì)應(yīng)中心頻率偏移量和非線性失真量很小。故對(duì)的要求不嚴(yán)格。的要求不嚴(yán)格。顯然，顯然，當(dāng)調(diào)頻電路的相對(duì)頻偏較大時(shí)，對(duì)當(dāng)調(diào)頻電路的相對(duì)頻偏較大時(shí)，對(duì) =2 的要求就應(yīng)嚴(yán)格些。的要求就應(yīng)嚴(yán)格些。 調(diào)頻波的最大頻偏調(diào)頻波的最大頻偏調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生非線性失真。其二次諧波失真最大頻偏調(diào)頻波會(huì)產(chǎn)生非線性失真。其二次諧波失真最大頻偏 變?nèi)荻O管全部接入時(shí)（變?nèi)荻O管全部接入時(shí)（ =2=2，C Cj j作為回路總電容）調(diào)頻電路的特點(diǎn)作為回路總電容）調(diào)頻電路的特點(diǎn): :DQcfUVk優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)頻靈敏度高調(diào)頻靈敏度高, ,頻偏很大頻偏很大DQmcUVU缺

45、點(diǎn)缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定度不好：中心頻率穩(wěn)定度不好jQcLC1變?nèi)荻O管作為回路總電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻時(shí)，由于變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨溫度、變?nèi)荻O管作為回路總電容實(shí)現(xiàn)調(diào)頻時(shí)，由于變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨溫度、偏置電壓的不穩(wěn)會(huì)引起結(jié)電容變化。因此其中心頻率穩(wěn)定度差。偏置電壓的不穩(wěn)會(huì)引起結(jié)電容變化。因此其中心頻率穩(wěn)定度差。（3 3）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管部分接入的等效回路如圖所示?；芈房傠娙葑?nèi)荻O管部分接入的等效回路如圖所示?；芈房傠娙?為為C11/(1cos)/(1cos)cjcjQcjcjQC CC CmtCCCCCCCmt相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為：相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為：

46、jQcjQcCtmCCCCLCLt)cos1 (11)(1111(1cos)cjQcjQC CCCmtCC Cc c與與C Cj j是同數(shù)量是同數(shù)量級(jí)的小電容級(jí)的小電容結(jié)論：變?nèi)荻O管部分接入使得頻率穩(wěn)定度更高，但最大頻偏要減小。結(jié)論：變?nèi)荻O管部分接入使得頻率穩(wěn)定度更高，但最大頻偏要減小。（1 1）8MHz8MHz變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路變?nèi)荻O管調(diào)頻振蕩電路3. 3. 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例變?nèi)荻O管的變?nèi)荻O管的直流偏壓直流偏壓由由R R1 1，R R2 2和電位器和電位器WW組成分壓電路供給。組成分壓電路供給。調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)通過(guò)通過(guò)C C1 1和高頻扼流圖和高頻扼流圖ZLZL1 1加到變?nèi)荻?/p>

47、極管上。加在變?nèi)荻O管加到變?nèi)荻O管上。加在變?nèi)荻O管上電壓為直流偏置電壓與調(diào)制信號(hào)電壓之和。上電壓為直流偏置電壓與調(diào)制信號(hào)電壓之和。 偏置電壓為偏置電壓為-4V-4V時(shí)，時(shí)，C Cj j=100pF=100pF； 而偏置電壓由（而偏置電壓由（0-80-8）V V變化時(shí)，變化時(shí)，C Cj j為（為（2306023060）pFpF。電路為電容三點(diǎn)式振蕩電路，振蕩頻率為電路為電容三點(diǎn)式振蕩電路，振蕩頻率為CLfc121jCCCCCCC1111111165987電路中心頻率為電路中心頻率為8MHz8MHz，最大線性頻偏為，最大線性頻偏為200kHz200kHz。其中其中（2）某通信機(jī)中的變?nèi)荻O管調(diào)

48、頻電路）某通信機(jī)中的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路高頻扼流圈高頻扼流圈L Lp3p3，L Lp4p4對(duì)直流和調(diào)制信號(hào)短路對(duì)直流和調(diào)制信號(hào)短路，而，而對(duì)載頻開(kāi)路對(duì)載頻開(kāi)路。因而：加在兩。因而：加在兩個(gè)變?nèi)荻O管上的反向電壓是相同的。個(gè)變?nèi)荻O管上的反向電壓是相同的。上圖所示是上圖所示是電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路，通過(guò)變?nèi)荻O管的電容變化實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。，通過(guò)變?nèi)荻O管的電容變化實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。本電路的特殊點(diǎn)是采用了兩個(gè)變?nèi)荻O管，并且本電路的特殊點(diǎn)是采用了兩個(gè)變?nèi)荻O管，并且同極性相對(duì)接同極性相對(duì)接的方式接入振的方式接入振蕩回路。由于回路中兩個(gè)二極管代替一個(gè)二極管，使得每個(gè)變?nèi)荻O管兩端的蕩回路。由于回路中兩

49、個(gè)二極管代替一個(gè)二極管，使得每個(gè)變?nèi)荻O管兩端的高頻電壓減小。這樣就高頻電壓減小。這樣就減小了高頻電壓對(duì)變?nèi)荻O管總電容的影響減小了高頻電壓對(duì)變?nèi)荻O管總電容的影響。4. 4. 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺點(diǎn)變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，易于獲得大的頻偏。在頻偏小電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，易于獲得大的頻偏。在頻偏小時(shí)，非線性失真很小。所需調(diào)制信號(hào)功率很小。時(shí)，非線性失真很小。所需調(diào)制信號(hào)功率很小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定度不高。頻偏較大時(shí)，非線性失真較大。中心頻率穩(wěn)定度不高。頻偏較大時(shí)，非線性失真較大。在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場(chǎng)合，可以采用直接

50、在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場(chǎng)合，可以采用直接對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻的方法。對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻的方法。 1 1晶體振蕩器直接調(diào)頻原理晶體振蕩器直接調(diào)頻原理并聯(lián)型并聯(lián)型Pierce OscillatorPierce Oscillator，其振蕩頻率為：，其振蕩頻率為： )(210oLgqCCCff 式中：式中：C Cg g為晶體的動(dòng)態(tài)電容，為晶體的動(dòng)態(tài)電容，C C o o：晶體的靜態(tài)電容，：晶體的靜態(tài)電容， j21LC1C1C11C ， f f q q：晶體的串聯(lián)諧振頻率：晶體的串聯(lián)諧振頻率。在電路中，當(dāng)在電路中，當(dāng)C Cj j變化時(shí)，變化時(shí)，C CL L變化，從而使晶體振蕩器的振蕩頻率

51、也發(fā)生變變化，從而使晶體振蕩器的振蕩頻率也發(fā)生變化，如果壓控元件化，如果壓控元件C Cj j受調(diào)制電壓受調(diào)制電壓 控制，則控制，則Pierce OscillatorPierce Oscillator就成為一個(gè)就成為一個(gè)晶體調(diào)頻振蕩器。晶體調(diào)頻振蕩器。)(tu 注意：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個(gè)等效電感，注意：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個(gè)等效電感，故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振頻率頻率f f q q與并聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率f f p p之間之間，而，而f f q q與與 f f p p之間的頻率變化范圍只有之間的頻率變化范圍只有431010 oqpfff量級(jí)，再加上量級(jí)，再加上C

52、Cj j的串聯(lián)，晶體的的串聯(lián)，晶體的可調(diào)振蕩頻率更窄可調(diào)振蕩頻率更窄。 C C2 2C Cl lC Cj jJ JT T例如：載頻為例如：載頻為40MHz40MHz的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有7.5KHz7.5KHz，所，所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但缺點(diǎn)是最大頻偏缺點(diǎn)是最大頻偏很小很小，實(shí)際中需要采用擴(kuò)大頻偏的措施。，實(shí)際中需要采用擴(kuò)大頻偏的措施。擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：晶體支路中串接小電感；晶體支路中串接小電感； 利用利用 型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換來(lái)擴(kuò)展晶體

53、呈現(xiàn)感型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換來(lái)擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感 性的工作頻率范圍。性的工作頻率范圍。 8.4 8.4 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路晶體振蕩器直接調(diào)頻電路 2. 晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)際電路晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)際電路 C1C2CjLJT采用串接小電感采用串接小電感L的方法來(lái)擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏，的方法來(lái)擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏，變?nèi)荻O管的反向偏壓由變?nèi)荻O管的反向偏壓由EC經(jīng)穩(wěn)壓管經(jīng)穩(wěn)壓管VDZ穩(wěn)壓后經(jīng)穩(wěn)壓后經(jīng)RZ2=2.4k和和W1=47k電位器分壓后，經(jīng)電位器分壓后，經(jīng)R=10K電阻加至變?nèi)莨苷龢O。電阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變改變47K電位器電位器W1的活動(dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿牡幕顒?dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿腢o從而改變從而改變Cj ，

54、把調(diào)頻器的中心頻，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。率調(diào)至規(guī)定值。調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)u(t) 經(jīng)電位器經(jīng)電位器W2加于變?nèi)莨芗佑谧內(nèi)莨躒D，改變，改變4.7K電位器電位器W2的活動(dòng)的活動(dòng)頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲得要求的頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲得要求的頻偏。頻偏。-Uo+C5u(t)W1W2VDJTCLRb1Rb2C1C2ReC3ECRz2Rz1VDzRC4+- -高穩(wěn)定度高穩(wěn)定度載波振蕩載波振蕩器器相位相位調(diào)制器調(diào)制器積分積分 電路電路多級(jí)倍頻多級(jí)倍頻和混頻器和混頻器寬帶寬帶 )(tuFM)(tu dttu)( 窄帶窄帶)(tuFM3. 間

55、接調(diào)頻電路間接調(diào)頻電路 但最大頻偏小的缺點(diǎn)可以通過(guò)多級(jí)倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外但最大頻偏小的缺點(diǎn)可以通過(guò)多級(jí)倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級(jí)，然后再對(duì)這個(gè)穩(wěn)定的載頻信號(hào)進(jìn)采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級(jí)，然后再對(duì)這個(gè)穩(wěn)定的載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，這樣一來(lái)就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號(hào)。行調(diào)相，這樣一來(lái)就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號(hào)。在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線性調(diào)頻必需以線性調(diào)相為基礎(chǔ)。在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線性調(diào)頻必需以線性調(diào)相為基礎(chǔ)。但在實(shí)現(xiàn)線性

56、但在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)相時(shí)，要求最大瞬時(shí)相位偏移調(diào)相時(shí)，要求最大瞬時(shí)相位偏移 om30，因而線性調(diào)相的范圍很窄，因而線性調(diào)相的范圍很窄，因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏 mf 很小，即：很小，即：m f0時(shí)時(shí)，變?nèi)荻O管反向電壓加大，結(jié)電容減小，變?nèi)荻O管反向電壓加大，結(jié)電容減小，L與與Cj組成諧組成諧振回路的諧振頻率增大。其相頻特性如圖振回路的諧振頻率增大。其相頻特性如圖曲線曲線所示。對(duì)輸入為所示。對(duì)輸入為 c的載的載頻信號(hào)，輸出電壓有一個(gè)頻信號(hào)，輸出電壓有一個(gè)正的附加相移正的附加相移。 當(dāng)當(dāng) u(t)0時(shí)時(shí)，變?nèi)荻O管反向電壓減小，結(jié)電容加大，變?nèi)荻O管反向電壓減小，結(jié)電容

57、加大，L與與 Cj組成諧組成諧振回路的諧振頻率減小，其相頻特性如圖振回路的諧振頻率減小，其相頻特性如圖曲線曲線所示，對(duì)輸入為所示，對(duì)輸入為c的載的載頻信號(hào)，輸出電壓有一個(gè)頻信號(hào)，輸出電壓有一個(gè)負(fù)的附加相移負(fù)的附加相移 。 附加相移附加相移在在 u(t)的控制下變化，這樣輸出電壓的相位也隨的控制下變化，這樣輸出電壓的相位也隨 u(t)變化變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)相。，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)相。調(diào)相過(guò)程調(diào)相過(guò)程諧振頻率變化產(chǎn)生附加相移諧振頻率變化產(chǎn)生附加相移R1R2R3R4C1C2C3C4CjL載波輸入載波輸入 )(tu高穩(wěn)定度高穩(wěn)定度 振蕩器振蕩器 調(diào)相器調(diào)相器 積分器積分器)(tu )(tuFM )(tu電路分析

58、電路分析 如果忽略二次方以上各項(xiàng)，可得回路的諧振頻率為如果忽略二次方以上各項(xiàng)，可得回路的諧振頻率為 ： 將變?nèi)荻O管接在高頻放大器的諧振回路里，就可構(gòu)成變?nèi)荻O管調(diào)將變?nèi)荻O管接在高頻放大器的諧振回路里，就可構(gòu)成變?nèi)荻O管調(diào)相電路。相電路。 CjLUQ=9V載波輸入載波輸入調(diào)相波調(diào)相波 輸出輸出cos21cos11)(o2ojtmtmLCt 回路的頻率偏移為：回路的頻率偏移為： tmtt cos2)()(oo 在高在高Q值及諧振回路失諧不大的情況下，并聯(lián)值及諧振回路失諧不大的情況下，并聯(lián)LC諧振諧振回路電壓和電流間的相位關(guān)系為：回路電壓和電流間的相位關(guān)系為：)(2arctan)(o tQt O

59、o幅頻特性幅頻特性2 2 /6 -/6 當(dāng)當(dāng)/6（或（或30o）時(shí)，）時(shí)，tano)(2)( tQt 可得可得:tmQt cos)( 表明：表明：?jiǎn)渭?jí)單級(jí)LC諧振回路在滿足諧振回路在滿足 /6的條件的條件下，回路輸出電壓的相移是與輸入調(diào)制電壓下，回路輸出電壓的相移是與輸入調(diào)制電壓u(t)成線性關(guān)系的。成線性關(guān)系的。實(shí)現(xiàn)了線性調(diào)相。實(shí)現(xiàn)了線性調(diào)相。輸出電壓：輸出電壓：u(t)=IcmZ(c) cos(ct+mpcost)So：幅度會(huì)發(fā)生變化從而產(chǎn)生寄生調(diào)幅，要：幅度會(huì)發(fā)生變化從而產(chǎn)生寄生調(diào)幅，要求求c很小。另外要求很小。另外要求/6。（用多級(jí)來(lái)。（用多級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的調(diào)相指數(shù)）實(shí)現(xiàn)更大的調(diào)相指數(shù)）

60、調(diào)相波調(diào)相波 輸出輸出載波輸入載波輸入實(shí)用變?nèi)荻O管調(diào)相電路實(shí)用變?nèi)荻O管調(diào)相電路 由晶體管組成單由晶體管組成單LC回路調(diào)諧放大電路，回路調(diào)諧放大電路，電感電感L、電容、電容C1、C2與變?nèi)莨芘c變?nèi)莨蹸j組成并聯(lián)諧振回路；組成并聯(lián)諧振回路； ttud)(載波輸入載波輸入 uFM(t) C3、C4、C5為耦合電容；為耦合電容；LZ為高頻扼流圈，以防高頻載波被調(diào)制信號(hào)為高頻扼流圈，以防高頻載波被調(diào)制信號(hào)源旁路源旁路; R5、R6對(duì)電源對(duì)電源EC分壓后為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)偏置電壓分壓后為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)偏置電壓UQ。 放大的放大的載波信號(hào)載波信號(hào)經(jīng)經(jīng)C3耦合輸入，耦合輸入，調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)經(jīng)經(jīng)C5