第13章電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、第第13章章 調(diào)頻與鑒頻調(diào)頻與鑒頻13.1 調(diào)頻波的基本性質(zhì)調(diào)頻波的基本性質(zhì)13.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路變?nèi)莨苷{(diào)頻電路13.3 調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波的解調(diào)鑒頻鑒頻13.4 自動(dòng)頻率控制（自動(dòng)頻率控制（AFC）13.1 調(diào)頻波的基本性質(zhì)調(diào)頻波的基本性質(zhì)13.1.1 調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式、頻偏、波形和頻譜調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式、頻偏、波形和頻譜調(diào)頻波是一種載波信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)線性變化的高頻載波。設(shè)未調(diào)波uc(t)的表達(dá)式為uc(t)=Ucmcos (t)=Ucmcos(ct+0) 調(diào)制信號(hào)為單一頻率余弦波u(t)=Umcost，根據(jù)調(diào)頻波的定義，調(diào)頻時(shí)，載頻c應(yīng)為瞬時(shí)頻率(t), (t)隨調(diào)制信號(hào)u(

2、t)作線性變化，即瞬時(shí)頻率為(t)=c+kfu(t)=c+(t) c為未調(diào)頻時(shí)的載波頻率，即調(diào)頻時(shí)的中心頻率；kf是一個(gè)與調(diào)頻電路有關(guān)的比例常數(shù)；(t)=kfu(t)是瞬時(shí)頻率相對(duì)于中心頻率的偏移，稱為瞬時(shí)頻率偏移，簡稱頻偏 調(diào)頻波是一個(gè)等幅的疏密波，其瞬時(shí)頻率的變化（頻偏(t)）反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。tUktUtufsincos)(mccmFM=Ucmcos(ct+mfsint) 上式中： 稱為調(diào)頻波的調(diào)頻指數(shù)，它以rad（弧度）為單位，表示了調(diào)頻波的最大相位偏移；為調(diào)制信號(hào)頻率。調(diào)頻指數(shù)與調(diào)制信號(hào)的振幅Um成正比，與調(diào)制信號(hào)頻率成反比，它反映了調(diào)制的深淺程度。mffUkm 調(diào)頻波波形調(diào)

3、頻波的頻譜 uFM(t)=Ucmcos(ct+mfsint)=Ucmcosctcos(mfsint)Ucmsinctsin(mfsint) 調(diào)頻波頻譜（單頻調(diào)頻） 調(diào)頻波的頻帶寬度（帶寬），可以用以下分式進(jìn)行估算。fbW=2(mf+1)F 式 中 ，由于 ，所以fbW=2(fm+F) 也就是說，調(diào)頻波的頻帶寬度大約等于頻偏fm與調(diào)制頻率F之和的兩倍。2Fmfm也就是說，調(diào)頻波的頻帶寬度大約等于頻偏fm與調(diào)制頻率F之和的兩倍。13.1.2 調(diào)頻制與調(diào)幅制的比較調(diào)頻制與調(diào)幅制的比較調(diào)頻制和調(diào)幅制相比，具有下述特點(diǎn)：（1）調(diào)頻制抗干擾能力強(qiáng)。（2）調(diào)頻發(fā)射機(jī)的功率放大管利用率高。（3）調(diào)頻制信號(hào)傳輸

4、的保真度高。（4）調(diào)頻制是必須工作在超短波以上的波段。（5）調(diào)頻接收機(jī)比調(diào)幅接收機(jī)的設(shè)備復(fù)雜。13.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路變?nèi)莨苷{(diào)頻電路13.2.1 直接調(diào)頻與間接調(diào)頻直接調(diào)頻與間接調(diào)頻間接調(diào)頻法是將調(diào)制信號(hào)積分后，再對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，結(jié)果得到調(diào)頻波。這種方法是由調(diào)相變調(diào)頻， 直接調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，以產(chǎn)生調(diào)頻波。 于用LC正弦波振蕩器作為被控振蕩器的直接調(diào)頻電路，由于其振蕩頻率主要取決于振蕩回路的電感量和電容量，因此，只要在振蕩回路中接入可變電抗器件（可以是可變電感，也可以是可變電容）并使該電抗器件受調(diào)制信號(hào)控制，就可以產(chǎn)生振蕩頻率隨調(diào)制信

5、號(hào)變化的調(diào)頻波。13.2.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路uD(t)=Vo+u(t)u(t)=Umcost uD(t)=Vo+Umcost13.3 調(diào)頻波的解調(diào)調(diào)頻波的解調(diào)鑒頻鑒頻從調(diào)頻信號(hào)中取出原調(diào)制信號(hào)的過程，稱為鑒頻。信息包含在它的頻率變化之中。鑒頻器的輸出信號(hào)必須與輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率變化成線性關(guān)系。13.3.1 鑒頻的方法鑒頻的方法第一種方法是鑒頻方法稱為斜率鑒頻。斜率鑒頻器的方框圖第二種鑒頻方法稱為相位鑒頻。第三種鑒頻器稱為脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器 13.3.2 對(duì)鑒頻的主要性能要求對(duì)鑒頻的主要性能要求（1）鑒頻靈敏度（又稱鑒頻跨導(dǎo)）高,顯然，S曲線越

6、陡直，鑒頻靈敏度就越高。（2）線性范圍（頻率寬度）寬。（3）非線性失真盡可能減小。13.3.3 集成鑒頻電路集成鑒頻電路集成電路中采用的斜率鑒頻器 13.4 自動(dòng)頻率控制（自動(dòng)頻率控制（AFC）AFC電路又稱自動(dòng)頻率微調(diào)電路。它也是一種反饋控制電路，其作用是使振蕩器頻率自動(dòng)調(diào)整到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)頻率附近。13.4.1 AFC的工作原理的工作原理AFC的原理方框圖 圖中標(biāo)準(zhǔn)頻率源可采用石英晶體振蕩器。壓控振蕩器是一個(gè)產(chǎn)生所需頻率信號(hào)的被穩(wěn)定的振蕩器，其振蕩頻率受控于控制信號(hào)，其電路實(shí)際上為直接調(diào)頻電路，不過輸出頻率不是受控于調(diào)制電壓，而是由頻率比較器輸出的控制電壓來控制。頻率比較器將由標(biāo)準(zhǔn)頻率源產(chǎn)生的

7、振蕩頻率fi與壓控振蕩器的振蕩頻率相比較，輸出與這兩個(gè)頻率之差（fsfi）成正比例的電壓uD，稱為誤差電壓。此誤差電壓作為控制電壓控制壓控振蕩器，使其振蕩頻率fs接近于fi。13.4.2 AFC的應(yīng)用的應(yīng)用1. 采用AFC的調(diào)頻發(fā)射機(jī)調(diào)頻發(fā)射機(jī)中AFC電路方框圖2. 采用AFC的調(diào)頻接收機(jī)用AFC系統(tǒng)的調(diào)頻接收機(jī)方框圖（1）調(diào)頻波是一種瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)變化的信號(hào)，通過分析調(diào)頻信號(hào)的性質(zhì)使讀者建立調(diào)頻信號(hào)的概念。調(diào)頻制是一種性能良好的調(diào)制方式。與調(diào)幅制相比，調(diào)頻制具有抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)傳輸?shù)谋Ｕ娑雀?、發(fā)射機(jī)的功放管利用率高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：傳輸距離短、覆蓋范圍小。（2）實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法

8、有直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法兩種。前者具有頻偏大、調(diào)制靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但其中心頻率穩(wěn)定度較差，若要提高其中心頻率穩(wěn)定度則需要用AFC電路，會(huì)使電路復(fù)雜化。后者中心頻率較穩(wěn)定，但頻偏較小。 本章小結(jié)本章小結(jié)（3）實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法很多。無論哪一種鑒頻電路，都要求線性鑒頻范圍不小于調(diào)頻波最大頻偏的兩倍，以保證鑒頻器的非線性失真盡可能小。（4）AFC電路可以穩(wěn)定頻率，因此在電子設(shè)備中應(yīng)用較廣。12.1 變頻器概述變頻器概述變頻就是將高頻已調(diào)波經(jīng)過頻率變換，變?yōu)楣潭ㄖ蓄l已調(diào)波。 12.1.1 變頻器的作用變頻器的作用在變頻過程中，信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)和調(diào)制類型保持不變，改變的只是信號(hào)的載頻。因此，變頻器也是頻譜變換

9、電路（或頻譜搬移電路）。為了實(shí)現(xiàn)變頻，變頻器應(yīng)包括產(chǎn)生高頻等幅波ul的本機(jī)（或本地）振蕩器，ul稱為本振信號(hào)，其頻率用fl表示。12.1.2 變頻器的工作原理變頻器的工作原理變頻器它由非線性器件、本地振蕩器和帶通濾波器組成 帶通濾波器則用來從各種頻率成分中提取出中頻信號(hào)。本地振蕩器產(chǎn)生本振信號(hào)ul(t)；非線性器件將輸入的高頻信號(hào)us(t)與本振信號(hào)ul(t)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生新的頻率通常非線性器件與帶通濾波器合在一起稱為混頻器，而本振信號(hào)由另一電路產(chǎn)生。如果混頻器和本地振蕩器共用一個(gè)器件，即非線性元件既產(chǎn)生本振信號(hào)，又起頻率變換作用，則稱之為變頻器。12.2 混頻電路混頻電路12.2.1 實(shí)現(xiàn)混

10、頻的基本方法實(shí)現(xiàn)混頻的基本方法1. 二極管混頻二極管混頻二極管混頻電路 設(shè)加在二極管上的兩個(gè)信號(hào)分別是載波頻率為fc的調(diào)幅波us(t)和頻率為fl的本振信號(hào)ul(t)。經(jīng)過二極管的非線性作用，二極管中電流的頻率成分包括fk=|pflqfs|。若使諧振回路調(diào)諧在p=q=1的差頻分量上，則變頻器輸出電壓uO(t)的載波頻率為fg=flfc。2. 三極管混頻三極管混頻三極管混頻電路 三極管混頻是利用集電極電流ic與ube之間的非線性關(guān)系進(jìn)行的 輸入信號(hào)、本振信號(hào)及基極偏壓VBB疊加后加在三極管發(fā)射結(jié)上，利用發(fā)射結(jié)的非線性，從而產(chǎn)生許多頻率分量。這些組合頻率電流分量經(jīng)過三極管放大，接在集電極回路中的L

11、C諧振回路上。諧振回路諧振在中頻fg上，完成取出集電極電流中的有用中頻分量的任務(wù) 1直耦放大器的一個(gè)嚴(yán)重的問題是零點(diǎn)漂移。差動(dòng)放大器是解決零點(diǎn)漂直耦放大器的一個(gè)嚴(yán)重的問題是零點(diǎn)漂移。差動(dòng)放大器是解決零點(diǎn)漂移問題的有效方法。差動(dòng)放大器既能放大直流信號(hào)，又能放大交流信號(hào)。移問題的有效方法。差動(dòng)放大器既能放大直流信號(hào)，又能放大交流信號(hào)。它對(duì)差模信號(hào)有很強(qiáng)的放大能力，對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。因此，它對(duì)差模信號(hào)有很強(qiáng)的放大能力，對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。因此，運(yùn)算放大器都使用差動(dòng)放大器作為輸入級(jí)。運(yùn)算放大器都使用差動(dòng)放大器作為輸入級(jí)。2電流源電路是構(gòu)成運(yùn)放的基本單元電路，其特點(diǎn)是直流電阻小，而交電流源電路是構(gòu)成運(yùn)放的基本單元電路，其特點(diǎn)是直流電阻小，而交流電阻很大。電流源電路既可以為電路提供偏置電流，又可以作為放大器流電阻很大。電流源電路既可以為電路提供偏置電流，又可以作為放大器的有源負(fù)載使用。的有源負(fù)載使用。3集成運(yùn)放是一個(gè)高增益、直耦的多級(jí)放大器。主要品種有集成運(yùn)放是一個(gè)高增益、直耦的多級(jí)放大器。主要品種有BJT集成運(yùn)放集成運(yùn)放、FET集成運(yùn)放、集成運(yùn)放、BiMOS集成運(yùn)放等。