通信電路原理第10章mhy2

通信電路原理第10章mhy2第一頁，共64頁。最大角頻偏最大頻偏(t)=C+Kfv(t)§10-11、調(diào)頻波：瞬時頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化2第二頁，共64頁。調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)通常大于1，稱為寬帶調(diào)頻。調(diào)制指數(shù)與頻偏成正比，與調(diào)制頻率成反比。調(diào)頻指數(shù)Fmax為調(diào)制信號帶寬(或最高頻率）3第三頁，共64頁。調(diào)頻波的主要性質(zhì)瞬時頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化瞬時相位按調(diào)制信號的時間積分值規(guī)律變化調(diào)頻波的幅度為常數(shù)FMPM4第四頁，共64頁。設(shè)調(diào)制信號v(t)=Vmcost(t)=C+KfVmcostC的偏移量Δm最大角頻率偏移Δm與無關(guān)最大頻率偏移Δfm=Δm/(2π)=KfVm

/(2π)單音：5第五頁，共64頁。KfVm

=Ct+———sint瞬時相位最大相偏，與成反比調(diào)頻指數(shù)

表達式：v(t)=Vmcos(Ct+mf

sint)mf調(diào)頻波是載波振幅始終保持不變的疏密波6第六頁，共64頁。2、調(diào)相波瞬時相位調(diào)制信號瞬時頻率最大相偏調(diào)相指數(shù)調(diào)相波表達式(t)=Ct+KPv(t)7第七頁，共64頁。(t)=Ct+KPV(t)設(shè)調(diào)制信號：v(t)=Vmcost=Ct+KPVmcostmP最大相偏，與無關(guān)調(diào)相指數(shù)(t)=CmPsintΔm與成正比v(t)=Vmcos(Ct+mPcost)單音：8第八頁，共64頁。2.調(diào)角信號的頻譜FM、PM波的數(shù)學表示式是相似的，統(tǒng)一寫成調(diào)角波表示式，只考慮單音情況利用三角函數(shù)展開和貝塞爾函數(shù)理論分析（略）9第九頁，共64頁。單音調(diào)制10第十頁，共64頁。分析已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)主要看它的譜線成分、譜線幅度以及它的帶寬。

1)調(diào)角波的頻譜不是調(diào)制信號頻譜的簡單搬移，而是由載波分量和無數(shù)對邊頻分量組成。邊頻與載波分量相隔都是調(diào)制頻率的整數(shù)倍。2)載波分量和各邊頻分量的振幅都與有關(guān)，已調(diào)波具有較大振幅的邊頻分量就越多，或有效邊頻數(shù)越多。越大，3）趨勢：越遠離載頻，邊頻分量越小。

4)對某些值，載波或一些邊頻分量的振幅為零。

調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)有以下特點：11第十一頁，共64頁。三、調(diào)角信號的頻譜寬度窄帶調(diào)制m<1,m很小，近似：窄帶調(diào)角信號的頻譜與AM波頻譜相似。（略）

2)寬帶調(diào)制

m>1

頻譜是無限寬的，但當邊頻幅度小于載頻的10%時（有的規(guī)定為1%

），可近似忽略這些邊頻。因此，實際調(diào)角信號所占的有效頻譜寬度是有限的。當m>1時，m+1以上各階頻譜的幅度均小于未調(diào)載波幅度10%，因而忽略。12第十二頁，共64頁。有效頻譜寬度為：以上討論的是單音調(diào)制情況。實際上，調(diào)制信號中包括很多頻率分量，設(shè)最高頻率Fmax，則13第十三頁，共64頁。單音情況下，F(xiàn)M與PM的比較：當增加時,調(diào)頻:調(diào)相:但但14第十四頁，共64頁。

FM與AM調(diào)制方式的比較：1.抗干擾、噪聲能力：FM可通過限幅、預(yù)加重與去加重技術(shù)提高抗噪聲性能；可采用高發(fā)射效率的丙類功放。FM抗干擾與噪聲能力優(yōu)于調(diào)幅波.2.信號頻譜及帶寬、頻帶利用率：

設(shè)調(diào)制信號的帶寬為F，調(diào)制指數(shù)為m(m>1)mf越大，調(diào)頻波占用的有效頻帶也越寬，因此，其抗干擾性能是以增加信道有效帶寬為代價的。同時，因處理更高頻率，F(xiàn)M對器件、電路要求更高。15第十五頁，共64頁。實現(xiàn)頻率調(diào)制的方法與電路實現(xiàn)方法：直接調(diào)頻、間接調(diào)頻、鎖相調(diào)頻1、直接調(diào)頻直接調(diào)頻就是直接使振蕩器的頻率隨調(diào)制信號成線性關(guān)系變化。例如，在一個由LC回路決定振蕩頻率的振蕩器中，將一個可變電抗元件接入回路，使可變電抗元件的電抗值隨調(diào)制電壓而變化。即可使振蕩器的振蕩頻率隨調(diào)制信號而變化。如：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路優(yōu)點：易于得到比較大的頻偏缺點：中心頻率的穩(wěn)定度不易做得很高16第十六頁，共64頁。間接調(diào)頻—用調(diào)相實現(xiàn)調(diào)頻2、間接調(diào)頻利用調(diào)頻波與調(diào)相波之間的關(guān)系：先將調(diào)制信號進行積分處理，再進行調(diào)相而得到調(diào)頻波，其方框如下圖所示優(yōu)點：載波中心頻率穩(wěn)定度較好（振蕩器沒有直接受調(diào)）。缺點：受調(diào)相線性限制，頻偏小。17第十七頁，共64頁?！?0-2變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻[1]

一、變?nèi)荻O管特性(圖10-2p311)變?nèi)莨苁抢冒雽wPN結(jié)的勢壘電容隨反向電壓變化制成的一種二極管變?nèi)莨躊N結(jié)必須反向偏置18第十八頁，共64頁。V為變?nèi)莨軆啥思拥碾妷?，V=0時變?nèi)莨艿牡刃щ娙轂樽內(nèi)葜笖?shù)為，它是一個取決于PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布情況的系數(shù)緩變結(jié)變?nèi)莨?，?1/3；突變結(jié)變?nèi)莨?，?1/2；超突變結(jié)變?nèi)莨?，?2。0VC為勢壘電位差，硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V19第十九頁，共64頁。二、變?nèi)荻O管作為振蕩回路總電容變?nèi)荻O管作為振蕩回路總電容的調(diào)頻原理分析：振蕩器的振蕩頻率由該回路決定。為變?nèi)荻O管的電容fc為不加調(diào)制信號時的振蕩頻率，也即振蕩器的中心頻率?；芈返闹C振頻率也即振蕩器的振蕩頻率為20第二十頁，共64頁。(a)Cj為總電容

(b)Cj為部分電容

21第二十一頁，共64頁。三、變?nèi)荻O管的調(diào)頻電路變?nèi)荻O管的調(diào)頻電路組成：LC振蕩器（一般三點式）＋變?nèi)莨芸刂齐娐纷內(nèi)莨芸刂齐娐罚浩秒妷海ǚ雌╇娐?、將調(diào)制信號有效加至變?nèi)莨苌系碾娐纷內(nèi)莨芸刂齐娐吩瓌t：不影響振蕩器的正常工作。振蕩信號也不影響控制電路電路中常常采用高頻扼流圈及隔直電容、濾波電容22第二十二頁，共64頁。例90MHz調(diào)頻電路23第二十三頁，共64頁。90MHz調(diào)頻電路的高頻等效電路24第二十四頁，共64頁。背靠背變?nèi)荻O管調(diào)頻電路100K輸出25第二十五頁，共64頁。電路中幾個電感的作用：振蕩回路中的電感與C3、C2、C5、D1、D2構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)決定頻率，并為晶體管提供直流通路；：高頻扼流圈，與一起為晶體管提供直流偏置通路，對高頻開路，降低對振蕩回路的影響；：高頻扼流圈，為變?nèi)莨芴峁┲绷髌?，在振蕩頻率點上開路；：高頻扼流圈，為兩個變?nèi)莨芴峁┲绷魍?，為調(diào)制信號提供通路，在振蕩頻率點上開路，阻斷調(diào)制信號源及偏置電阻對振蕩回路的影響，阻斷振蕩信號對調(diào)制信號源的影響；：高頻扼流圈，和C7、C8共同構(gòu)成電源濾波，阻斷電源干擾對振蕩回路的影響，同時阻斷振蕩信號進入電源26第二十六頁，共64頁。背靠背變?nèi)荻O管調(diào)制電路的特點電路特點：兩個變?nèi)荻O管同極性對接，稱為背靠背聯(lián)接。

對振蕩信號，兩只變?nèi)莨苁谴?lián)的，每個變?nèi)莨苌纤佑械恼袷庪妷簝H為諧振回路兩端電壓的一半。背靠背聯(lián)接可改善寄生調(diào)幅。當加于變?nèi)莨軆啥苏袷庪妷悍容^大時，變?nèi)莨芸赡芄ぷ饔趯顟B(tài)，這將降低回路的Q值。產(chǎn)生寄生調(diào)幅。對從B-B’端加入的直流偏置電壓和調(diào)制電壓兩只變?nèi)莨芟喈斢诓⒙?lián)。兩管所處的偏置點和受調(diào)狀態(tài)是相同的?？傠娙葑兓秶鷾p小，頻偏減小，線性好。B27第二十七頁，共64頁。例：畫出變?nèi)莨苤绷魍?、調(diào)制通路、調(diào)頻電路的高頻等效電路。28第二十八頁，共64頁。例3（a）高頻等效電路(b)變?nèi)莨艿闹绷魍?/p>

（c）變?nèi)莨艿恼{(diào)制信號通路29第二十九頁，共64頁。調(diào)頻波的解調(diào)就是從調(diào)頻信號中恢復(fù)出原調(diào)制信號。輸入調(diào)頻信號的瞬時頻率變換為相應(yīng)的解調(diào)輸出電壓（或電流）。

通常把調(diào)頻波的解調(diào)稱鑒頻，把調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為鑒頻器?！?0-5調(diào)角信號解調(diào)[1]30第三十頁，共64頁。

調(diào)頻波的解調(diào)方法解調(diào)方法5、鎖相鑒頻－利用鎖相環(huán)路實現(xiàn)解調(diào)（性能最好）。1、脈沖計數(shù)式鑒頻－利用調(diào)頻波的過零信息實現(xiàn)解調(diào)。3、乘積型正交鑒頻－頻相轉(zhuǎn)換＋乘積型鑒相器。即調(diào)頻波通過一線性網(wǎng)絡(luò)使頻率變化規(guī)律變成附加的相位變化，然后鑒相。－－集成電路中廣泛使用的方法。4、疊加型正交鑒頻－頻相轉(zhuǎn)換＋疊加型鑒相器采用耦合回路實現(xiàn)頻相轉(zhuǎn)換，再矢量相加變?yōu)檎{(diào)幅─調(diào)頻波，然后進行幅度檢波。(略）

2、斜率鑒頻－調(diào)頻波通過一線性網(wǎng)絡(luò)使頻率變化規(guī)律轉(zhuǎn)移到幅度變化上，輸出一調(diào)頻-調(diào)幅波，然后進行包絡(luò)檢波。31第三十一頁，共64頁。1、脈沖計數(shù)式鑒頻器脈沖計數(shù)式鑒頻－－利用調(diào)頻波的過零信息實現(xiàn)解調(diào)調(diào)頻波的頻率是隨調(diào)制信號變化的，在相同的時間間隔內(nèi)過零點的數(shù)目將不同。當瞬時頻率高時，過零點的數(shù)目就多，瞬時頻率低時，過零點的數(shù)目就少。利用調(diào)頻波的這個特點，可以實現(xiàn)解調(diào)。（1）.延時法形成脈沖計數(shù)式鑒頻電路（2）.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成脈沖式電路32第三十二頁，共64頁。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成脈沖式電路●框圖放大限幅微分整流

單穩(wěn)低通濾波調(diào)頻波輸入低頻輸出u(t)u1u2u3u4uΩ●調(diào)頻脈沖序列的形成調(diào)頻波經(jīng)限幅放大后微分，得到雙極性尖脈沖，經(jīng)半波整流去掉正極性（或負極性）脈沖，整流后的脈沖觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，得到等幅等寬的調(diào)頻脈沖序列。33第三十三頁，共64頁?！癫ㄐ?4第三十四頁，共64頁。脈沖計數(shù)式鑒頻器（續(xù)）每個過零點形成一個脈沖，并將每個脈沖展寬成相同的脈沖寬度。脈沖序列通過低通濾波器，取出其平均分量?；蛎}沖序列送入一個脈沖計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)值也就反映了調(diào)制信號的大小。優(yōu)點是線性范圍大，易集成，但其工作頻率不能太高，一般不超10MHz。原因是調(diào)頻脈沖序列中兩個相鄰脈沖不能重疊可用數(shù)字方式實現(xiàn)35第三十五頁，共64頁。斜率鑒頻器原理框圖§10-6失諧回路鑒頻器

[1]36第三十六頁，共64頁。調(diào)頻波如何變換為調(diào)頻－調(diào)幅波由傅立葉變換的微分特性得傳遞函數(shù)的幅頻特性為線性、相頻特性為恒值的線性網(wǎng)絡(luò)是一個理想的微分網(wǎng)絡(luò)。這是一個調(diào)幅－調(diào)頻波，其幅度隨瞬時頻率變化，而調(diào)頻波的瞬時頻率變化規(guī)律與原調(diào)頻信號相同，只是初始相位增加了。37第三十七頁，共64頁。單失諧回路的微分特性單失諧回路具有微分特性頻-幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波：回路諧振頻率：輸入調(diào)頻波的載頻幅頻特性近似為線性，具有微分功能。38第三十八頁，共64頁。斜率鑒頻器電路單失諧回路＋包絡(luò)檢波器構(gòu)成的斜率鑒頻器。（1）圖中、、構(gòu)成諧振回路，對調(diào)頻波失諧，實現(xiàn)調(diào)頻波到調(diào)幅─調(diào)頻波的變換。（2）D、、構(gòu)成二極管峰值包絡(luò)檢波器，完成幅度檢波。單失諧回路斜率鑒頻器電路單失諧回路鑒頻器電路簡單，但線性范圍很小。39第三十九頁，共64頁。圖10-20p32440第四十頁，共64頁?！?0-8

正交鑒頻器（鑒相器乘積型）構(gòu)成：頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)＋乘積型鑒相器工作原理調(diào)頻波延時或移相，使其相位變化規(guī)律與調(diào)制信號變化規(guī)律基本相同，調(diào)頻波

調(diào)頻－調(diào)相波相位檢波（兩信號相乘）－－將調(diào)頻信號與其延時（或移相）后的信號相乘。這種方案多用于集成電路鑒頻器中41第四十一頁，共64頁。正交鑒頻器中的延時或相移網(wǎng)絡(luò)延時網(wǎng)絡(luò)（頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)）幅頻與相頻特性回路調(diào)諧在輸入調(diào)頻波的中心頻率上即在中心頻率上與正交。簡單方法：轉(zhuǎn)化為電流源諧振時右側(cè)電路呈感性可算諧振頻率42第四十二頁，共64頁。正交鑒頻器中的頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)幅頻和相頻特性分別表示為在附近一個小范圍內(nèi)，且滿足可認為常數(shù)

相移與頻偏正比在頻率f處產(chǎn)生附加相移43第四十三頁，共64頁。當輸入信號為實現(xiàn)線性鑒頻44第四十四頁，共64頁。正交鑒頻器中的頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)分析在鑒頻電路中該網(wǎng)絡(luò)起到了正交(兩輸入信號）與頻、相轉(zhuǎn)換作用。將回路諧振頻率調(diào)在調(diào)頻波中心頻率上，它在處有的相移移相網(wǎng)絡(luò)參數(shù)估算：1.首先確定移相網(wǎng)絡(luò)為線性相移的回路Q值，由可知2.電容C1一般做在集成塊內(nèi)，約5~10pF，取R約20~60k歐之間，則可求出C與L45第四十五頁，共64頁。電路舉例(圖10-26p329)

450歐46第四十六頁，共64頁。END47第四十七頁，共64頁?！?0-9

鎖相調(diào)頻與鑒頻調(diào)制信號的頻譜要處于低通濾波器通帶之外，并且調(diào)制指數(shù)不能太大。這樣，調(diào)制信號不能通過低通濾波器，因而在鎖相環(huán)內(nèi)不能形成交流反饋，即調(diào)制頻率對鎖相環(huán)路無影響。VCO中心頻率的漂移為慢變化，鎖相環(huán)路只對VCO平均中心頻率不穩(wěn)定所引起的分量（處于低通濾波器通帶之內(nèi)）起作用，使它的中心頻率鎖定在晶振頻率上。鎖相調(diào)頻(圖12-29p383)48第四十八頁，共64頁。壓控振蕩器的輸出信號跟蹤輸入調(diào)角信號變化（環(huán)路帶寬較寬，可讓調(diào)制信號通過，且捕捉帶大于2倍頻偏）。這種狀態(tài)就是調(diào)制跟蹤狀態(tài)，并稱這種鎖相環(huán)路為“調(diào)制跟蹤環(huán)”。調(diào)制跟蹤環(huán)可實現(xiàn)高質(zhì)量的調(diào)角信號的解調(diào)（捕捉帶大于2倍頻偏值）調(diào)制跟蹤型環(huán)路寬帶跟蹤，用于鑒頻等。

49第四十九頁，共64頁。寬帶跟蹤

1、設(shè)計環(huán)路濾波器使其通帶較寬(環(huán)路濾波器的上限截止頻率fH>已調(diào)信號調(diào)制成分的最高頻率）2、VCO的振蕩頻率范圍大于調(diào)頻波最大頻偏。3、捕捉帶大于2倍頻偏鎖相鑒頻(圖12-30p383)

則VCO能精確跟蹤輸入調(diào)頻信號中反映調(diào)制規(guī)律的瞬時頻率變化，產(chǎn)生具有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻波50第五十頁，共64頁。鎖相環(huán)的低通特性是對輸入信號的相位譜而言，當調(diào)制信號頻率位于閉環(huán)傳遞函數(shù)的通頻帶內(nèi)時，鎖相環(huán)的VCO輸出也是調(diào)頻波，PLL成為一個寬帶調(diào)制跟蹤環(huán)。反之，若其閉環(huán)傳遞函數(shù)帶寬很窄，調(diào)制信號頻率位于通帶外，則可濾除調(diào)頻波的所有旁頻，而只提取載波。51第五十一頁，共64頁。END52第五十二頁，共64頁?！?0-3其他類型直接調(diào)頻[3]晶體直接調(diào)頻原理圖(圖10-6p315)53第五十三頁，共64頁。電路中晶體等效為電感元件用工作頻率在和之間變?nèi)莨芨淖兞说刃щ娍怪?，使頻率改變∵|fq-fP|=幾十~幾百Hz

∴頻偏△f<|fq-fP|/2很小兩個諧振頻率十分接近頻偏小，但中心頻率穩(wěn)定度高解決：

(1)串或并L,但擴展范圍有限;(2)通常采用多次倍頻和混頻方法提高△f。54第五十四頁，共64頁。晶體調(diào)頻電路擴大頻偏方法—倍頻工作頻率:100MHz.Q1低頻放大,Q2接成皮爾斯振蕩器等效電路如圖(b),Q2集電極回路調(diào)諧在晶體振蕩頻率的三次諧波上,在晶體振蕩頻率處可視為短路.振蕩平衡時Q2集電極電流含豐富諧波,回路選出三次諧波完成三倍頻功能.－－載波和頻偏都擴大了三倍。(振蕩部分)無線話筒發(fā)射機55第五十五頁，共64頁?！?0-7

集成差動峰值斜率鑒頻器[1]一、原理框圖(圖10-22p325)

56第五十六頁，共64頁。二、線性變換網(wǎng)絡(luò)(圖10-23p326)

輸入頻率范圍f1與f2之間

f1>f0:

f1處LC1并聯(lián)諧振，阻抗最大，vA的峰值包絡(luò)最大,vB的峰值包絡(luò)最小,f0處為正斜率S曲線；f2<f0:

f2處LC1為L'(感性失諧)

L'C2串聯(lián)諧振，f2處vA的峰值包絡(luò)最小,vB的峰值包絡(luò)最大,f0處為負斜率S曲線。的峰值包絡(luò)的峰值包絡(luò)57第五十七頁，共64頁?！?0-10限幅器[2]

作用：

克服輸入