通信電子電路 第六章 第1～4節(jié)PPT課件

6.1 6.1 引 言6.2 6.2 調(diào)角波的性質(zhì)6.3 6.3 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生6.4 6.4 調(diào)頻電路6.5 6.5 調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)6.6 6.6 限幅器6.7 6.7 調(diào)制方式的比較6.8 6.8 集成調(diào)頻、鑒頻電路芯片介紹本章內(nèi)容返回總目錄第1頁/共78頁本章重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)（一）本章重點(diǎn)（一）本章重點(diǎn) 1 1）調(diào)頻的概念以及調(diào)頻信號(hào)的基本性質(zhì)及）調(diào)頻的概念以及調(diào)頻信號(hào)的基本性質(zhì)及特點(diǎn)特點(diǎn) 2 2）變?nèi)荻O管調(diào)頻電路及典型電路分析；）變?nèi)荻O管調(diào)頻電路及典型電路分析； 3 3）電抗管調(diào)頻電路及典型電路分析；）電抗管調(diào)頻電路及典型電路分析； 4 4）晶體振蕩器調(diào)頻電路；）晶體振蕩器調(diào)頻電路； 5 5）調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生及調(diào)頻波的頻譜；）調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生及調(diào)頻波的頻譜； 6 6）鑒頻的概念，相位、比例鑒頻器。）鑒頻的概念，相位、比例鑒頻器。（二）本章難點(diǎn)（二）本章難點(diǎn) 1 1）調(diào)相的概念與調(diào)相波形）調(diào)相的概念與調(diào)相波形 2 2）相位鑒頻器）相位鑒頻器第2頁/共78頁6.1 6.1 引 言一、調(diào)制一、調(diào)制 FMFM : : 用用調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)的頻率調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)的頻率, ,使載波信號(hào)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變使載波信號(hào)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變, ,稱為頻稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻；率調(diào)制或調(diào)頻； PM PM : : 用用調(diào)制信號(hào)控制調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)的相位載波信號(hào)的相位, ,使使載波信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)而變，載波信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)而變，稱稱為相位調(diào)制或調(diào)相。為相位調(diào)制或調(diào)相。 在這兩種調(diào)制過程中，在這兩種調(diào)制過程中，載波信號(hào)的幅度都保持不變，而頻率的變化和相位載波信號(hào)的幅度都保持不變，而頻率的變化和相位的變化都表現(xiàn)為相角的變化，的變化都表現(xiàn)為相角的變化，因此，把調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為角度調(diào)制或調(diào)角。因此，把調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為角度調(diào)制或調(diào)角。第3頁/共78頁第4頁/共78頁 一個(gè)固定頻率的等幅載波一個(gè)固定頻率的等幅載波 載波信號(hào)的幅度；載波信號(hào)的幅度； 載波信號(hào)的角頻率；載波信號(hào)的角頻率； 載波信號(hào)的初相角。載波信號(hào)的初相角。在時(shí)間間隔在時(shí)間間隔 內(nèi)，內(nèi)， 相角改變相角改變 ，當(dāng)當(dāng)t t足夠小時(shí)，角頻率就是足夠小時(shí)，角頻率就是 (6-3)(6-3)mccos()uUtmUcd ( )( )dttt( )( )dttt12)(t12ttt二、調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角的原因二、調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角的原因第5頁/共78頁用旋轉(zhuǎn)矢量在橫軸上的投影表示高頻信號(hào)，用旋轉(zhuǎn)矢量在橫軸上的投影表示高頻信號(hào)，有有 （6-46-4） 將式（將式（6-36-3）代入式（）代入式（6-46-4）中得）中得 （6-56-5） 這說明了無論角頻率的變化或相角的變化都可以歸結(jié)為式（這說明了無論角頻率的變化或相角的變化都可以歸結(jié)為式（6-56-5）中載波角度）中載波角度 也即也即 的變化，這正是調(diào)頻與調(diào)相統(tǒng)稱的變化，這正是調(diào)頻與調(diào)相統(tǒng)稱“角度調(diào)制角度調(diào)制”的原因。的原因。m( )cos ( )u tUtm( )cos( )du tUtt)(t( )dtt第6頁/共78頁第7頁/共78頁圖圖6-3 6-3 調(diào)頻波的波形示意圖調(diào)頻波的波形示意圖圖圖6-4 6-4 調(diào)相波的波形示意圖調(diào)相波的波形示意圖第8頁/共78頁6.2 6.2 調(diào)角波的性質(zhì)調(diào)角波的性質(zhì)一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系四、調(diào)角波的頻譜四、調(diào)角波的頻譜五、調(diào)角信號(hào)的頻帶寬度五、調(diào)角信號(hào)的頻帶寬度六、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系六、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系第9頁/共78頁一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式一、調(diào)頻及其數(shù)學(xué)表示式ccfcfmc( )( )( )coscosttK utK Uttm( )cosutUtcmc( )cosu tUt設(shè)調(diào)制信號(hào)為設(shè)調(diào)制信號(hào)為載波信號(hào)為載波信號(hào)為（6-76-7） 是由調(diào)制信號(hào)是由調(diào)制信號(hào) 所引起的角頻率偏移，所引起的角頻率偏移，稱頻偏或頻移。它與調(diào)制信號(hào)成正比，稱頻偏或頻移。它與調(diào)制信號(hào)成正比，調(diào)頻時(shí)，調(diào)頻時(shí)，載波高頻振蕩的瞬時(shí)頻率載波高頻振蕩的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化，呈線性變化，其比例系數(shù)為其比例系數(shù)為Kf 即即)(tu)(t式中，式中， 是是最大頻偏。最大頻偏。 第10頁/共78頁 將式（將式（6-76-7） 代入式（代入式（6-56-5）就得到調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即有就得到調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即有mc( )cos (cos)du tUttmccos(sin)Utt （6-86-8）c( )costt)(t的最大值稱為最大頻偏，用的最大值稱為最大頻偏，用 表示。表示。 m( )cos( )du tUtt第11頁/共78頁 叫叫調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)，以符號(hào)以符號(hào)mf 表示表示 它是最大頻偏與調(diào)制信號(hào)角頻率之比。它是最大頻偏與調(diào)制信號(hào)角頻率之比。mf 值可以大于值可以大于1 1（這與調(diào)幅波不同，調(diào)這與調(diào)幅波不同，調(diào)幅指數(shù)總是小于幅指數(shù)總是小于1 1的）。所以調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為的）。所以調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （6-116-11）fmmcf0, ( )cossinu tUtmtmcf( )cossinu tUtmt 若若第12頁/共78頁二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式二、調(diào)相及其數(shù)學(xué)表達(dá)式 對(duì)于調(diào)相波，其瞬時(shí)相位除了原來的載波相位對(duì)于調(diào)相波，其瞬時(shí)相位除了原來的載波相位 外，又附加了一個(gè)外，又附加了一個(gè)變化部分，這個(gè)變化部分與調(diào)制信號(hào)成比例關(guān)系，因此總的相角可表示為變化部分，這個(gè)變化部分與調(diào)制信號(hào)成比例關(guān)系，因此總的相角可表示為 （6-126-12） 稱為調(diào)相指數(shù)，以符號(hào)稱為調(diào)相指數(shù)，以符號(hào) mp 表示，表示， 即即 將式（將式（6-126-12） 代入式代入式 ct cpmcosttK UtpK UppmmK UmcpcoscosuUtmt（6-146-14）m( )cos ( )u tUt第13頁/共78頁圖圖6-3 6-3 調(diào)頻波的波形示意圖調(diào)頻波的波形示意圖圖圖6-4 6-4 調(diào)相波的波形示意圖調(diào)相波的波形示意圖第14頁/共78頁三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系三、調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系1) 1) 兩者在相位上相差兩者在相位上相差 ?2) 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù) 調(diào)頻時(shí)調(diào)制指數(shù)，調(diào)頻時(shí)調(diào)制指數(shù)， 與調(diào)制信號(hào)的振幅成與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，正比，而與調(diào)制頻率而與調(diào)制頻率成反比。成反比。 調(diào)相時(shí)調(diào)制指數(shù)，調(diào)相時(shí)調(diào)制指數(shù)，它它與調(diào)制信號(hào)的振幅成與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，正比，而與調(diào)制頻率而與調(diào)制頻率無關(guān)。無關(guān)。ppmK UfffK Um第15頁/共78頁3)3)最大頻率偏移的比較最大頻率偏移的比較 調(diào)頻時(shí)，它的最大頻偏調(diào)頻時(shí)，它的最大頻偏與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，而與調(diào)制信號(hào)而與調(diào)制信號(hào)頻率無關(guān)。頻率無關(guān)。 調(diào)相時(shí)的最大頻偏調(diào)相時(shí)的最大頻偏 不僅與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，不僅與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比，而且還和調(diào)制而且還和調(diào)制信號(hào)的角頻率成正比。信號(hào)的角頻率成正比。 調(diào)相時(shí)，因調(diào)相波相位變化，必然產(chǎn)生頻率變調(diào)相時(shí)，因調(diào)相波相位變化，必然產(chǎn)生頻率變化。此時(shí)角頻率的瞬時(shí)值為化。此時(shí)角頻率的瞬時(shí)值為ffmK UpPPmmK U d ( )d( )ddttttcp(cos)tmtcpsinmt cpsint第16頁/共78頁圖圖6-5 6-5 和和 隨隨 的變化關(guān)系的變化關(guān)系m第17頁/共78頁四、調(diào)角波的頻譜四、調(diào)角波的頻譜與有效頻帶寬度與有效頻帶寬度 設(shè)設(shè) ，得，得f0f2f10f2f4fcos(sin)()2()cos2()2()cos22()cos4.nnmtJmJmn tJmJmtJmt 0m0f( )cos(sin)u tUtmtmcfcfcoscos(sin)sinsin(sin)Utmttmtf21f01f3fsin(sin)2()sin(21)2()sin2()sin3nnmtJmntJ mtJ mt 第18頁/共78頁 m0f0( )()u tUJm cos t3f03f0()cos(3 )()cos(3 ).JmtJmt 第一對(duì)邊頻第一對(duì)邊頻 第二對(duì)邊頻第二對(duì)邊頻 第三對(duì)邊頻第三對(duì)邊頻2fc2fc() cos(2)() cos(2)JmtJmt1fc1fc() cos()() cos()JmtJmt 載頻載頻 第19頁/共78頁 這里，這里，n 均取正整數(shù)，均取正整數(shù)， 是以是以mf 為參量的為參量的n階第一類貝塞爾函階第一類貝塞爾函數(shù)，數(shù)， 、 等分別是等分別是以以mf 為參量的零階、一階、二階為參量的零階、一階、二階第一類貝塞爾函數(shù)。第一類貝塞爾函數(shù)。 它們的數(shù)值可以查有關(guān)貝塞爾函數(shù)曲線（貝塞爾函數(shù)值與參量的關(guān)系）它們的數(shù)值可以查有關(guān)貝塞爾函數(shù)曲線（貝塞爾函數(shù)值與參量的關(guān)系）, ,或或直接查表。直接查表。1fJmfmJ2fnJm第20頁/共78頁圖圖6-6 6-6 貝塞爾函數(shù)曲線貝塞爾函數(shù)曲線第21頁/共78頁調(diào)角信號(hào)的有效頻帶寬度調(diào)角信號(hào)的有效頻帶寬度1) 1) 理論上，調(diào)角信號(hào)的邊頻分量是無限多的，也就是說，理論上，調(diào)角信號(hào)的邊頻分量是無限多的，也就是說，它的頻譜是無限寬的。它的頻譜是無限寬的。2) 2) 實(shí)際上，實(shí)際上，已調(diào)信號(hào)的能量絕大部分是集中在載頻附近的一些邊頻分量上，已調(diào)信號(hào)的能量絕大部分是集中在載頻附近的一些邊頻分量上，從某一邊頻起，它的幅度便非常從某一邊頻起，它的幅度便非常小。小。工程上習(xí)慣，凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅的工程上習(xí)慣，凡是振幅小于未調(diào)制載波振幅的10%10%的邊頻分量可以忽略不計(jì)。的邊頻分量可以忽略不計(jì)。第22頁/共78頁有效的高低邊頻的總數(shù)等于有效的高低邊頻的總數(shù)等于 個(gè)，個(gè)，因此調(diào)頻波的頻譜有效寬度（頻帶寬度）為因此調(diào)頻波的頻譜有效寬度（頻帶寬度）為 ( 適用于適用于mf1的情況，也就是寬帶調(diào)頻的情況，也就是寬帶調(diào)頻)對(duì)于對(duì)于mf1,窄頻帶調(diào)頻頻譜寬度為窄頻帶調(diào)頻頻譜寬度為f221nmff2(1)BmFffmFf2()BfF f2BF第23頁/共78頁五、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)五、調(diào)角信號(hào)頻譜與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系系 1. 1. 保持保持 固定，改變固定，改變 時(shí)時(shí) 1) 1) 當(dāng)當(dāng) （窄頻帶調(diào)頻）（窄頻帶調(diào)頻） 2) 2) 當(dāng)當(dāng) 增大時(shí)（即調(diào)制信號(hào)加強(qiáng)時(shí)），邊頻數(shù)目增多而頻帶加寬。這與調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)有著根本的增大時(shí)（即調(diào)制信號(hào)加強(qiáng)時(shí)），邊頻數(shù)目增多而頻帶加寬。這與調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)有著根本的區(qū)別。區(qū)別。 fmf1m fm第24頁/共78頁2. 2. 保持保持 固定，改變固定，改變 時(shí)時(shí)( (固定固定 ，改變改變F ) )1)1)調(diào)頻指數(shù)：調(diào)頻指數(shù)：2)2)邊頻數(shù)：邊頻數(shù)：3)3)頻帶寬度：頻帶寬度： ffffmFf22(1)nmff2(1)BmF第25頁/共78頁第26頁/共78頁第27頁/共78頁 調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)幅波一樣，也為載波功率和各邊頻功率之調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)幅波一樣，也為載波功率和各邊頻功率之和。由于調(diào)頻和調(diào)相的幅度不變，和。由于調(diào)頻和調(diào)相的幅度不變，所以調(diào)角波在調(diào)制后總的功率不變，只是將所以調(diào)角波在調(diào)制后總的功率不變，只是將原來載波功率中的一部分轉(zhuǎn)入邊頻中去。原來載波功率中的一部分轉(zhuǎn)入邊頻中去。所以載波成分的系數(shù)所以載波成分的系數(shù) 小于，小于，表示載波功率減小了。表示載波功率減小了。0fJm六、調(diào)角波的功率六、調(diào)角波的功率第28頁/共78頁 單音調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率單音調(diào)制時(shí)，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率可由式（可由式（6-216-21）求得，此處調(diào)制系數(shù)的下角標(biāo)）求得，此處調(diào)制系數(shù)的下角標(biāo)略去，即略去，即 利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，則調(diào)頻波和調(diào)相利用貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)，則調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率為波的平均功率為 可見，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)制可見，調(diào)頻波和調(diào)相波的平均功率與調(diào)制前的等幅載波功率相等。前的等幅載波功率相等。22mav0L1( )2UPJmR)(2)(2)(222221 mJmJmJn2mavL12UPR第29頁/共78頁6.3 6.3 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生一、調(diào)頻方法一、調(diào)頻方法調(diào)頻的方法和電路很多，最常用的可分為兩大類：調(diào)頻的方法和電路很多，最常用的可分為兩大類：直接調(diào)頻和間接調(diào)頻直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。1.1.直接調(diào)頻：就是用調(diào)制電壓直接去控制載頻振蕩器的頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信直接調(diào)頻：就是用調(diào)制電壓直接去控制載頻振蕩器的頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。號(hào)。 例如：被控電路是例如：被控電路是振蕩器，那么，它的振蕩頻率主要由振蕩回路電感振蕩器，那么，它的振蕩頻率主要由振蕩回路電感與電容與電容 C 的數(shù)值來決定。的數(shù)值來決定。第30頁/共78頁 若在振蕩回路中加入可變電抗，并用低頻調(diào)制信號(hào)去控制可變電抗的若在振蕩回路中加入可變電抗，并用低頻調(diào)制信號(hào)去控制可變電抗的參數(shù)，參數(shù)，即可產(chǎn)生振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)頻波。即可產(chǎn)生振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)頻波。 其調(diào)頻電路原理，如圖其調(diào)頻電路原理，如圖6-96-9所示。所示。 在實(shí)際電路中，可變電抗元件的類型有許多種，如變?nèi)荻O管、電抗管、在實(shí)際電路中，可變電抗元件的類型有許多種，如變?nèi)荻O管、電抗管、晶體振蕩器、鎖相環(huán)調(diào)頻等，所以直接調(diào)頻的方法很多。晶體振蕩器、鎖相環(huán)調(diào)頻等，所以直接調(diào)頻的方法很多。第31頁/共78頁第32頁/共78頁2.2.間接調(diào)頻間接調(diào)頻 就是保持振蕩器的頻率不變，而就是保持振蕩器的頻率不變，而用調(diào)制電用調(diào)制電壓壓去改變載波輸出的相位，去改變載波輸出的相位，這實(shí)際上是調(diào)相。由這實(shí)際上是調(diào)相。由于調(diào)于調(diào)相和調(diào)頻有一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以相和調(diào)頻有一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以只要附加一只要附加一個(gè)簡(jiǎn)個(gè)簡(jiǎn)單的變換網(wǎng)絡(luò)，就可以從調(diào)相獲得調(diào)頻。單的變換網(wǎng)絡(luò)，就可以從調(diào)相獲得調(diào)頻。所以所以間接間接調(diào)頻，就是先進(jìn)行調(diào)相，再由調(diào)相變?yōu)檎{(diào)頻。調(diào)頻，就是先進(jìn)行調(diào)相，再由調(diào)相變?yōu)檎{(diào)頻。二、調(diào)頻電路的性能指標(biāo)二、調(diào)頻電路的性能指標(biāo)調(diào)制特性調(diào)制特性 受調(diào)振蕩器的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系受調(diào)振蕩器的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系稱為稱為調(diào)制特性，調(diào)制特性，表示為表示為cff uf第33頁/共78頁 是調(diào)制作用引起的頻率偏移，是調(diào)制作用引起的頻率偏移， fc 為中心頻為中心頻率率調(diào)制靈敏度調(diào)制靈敏度S 調(diào)制電壓變化單位數(shù)值所產(chǎn)生的振蕩頻調(diào)制電壓變化單位數(shù)值所產(chǎn)生的振蕩頻率偏移稱為調(diào)制靈敏度；率偏移稱為調(diào)制靈敏度；若調(diào)制電壓變?nèi)粽{(diào)制電壓變化化 ，相應(yīng)的頻率偏移為，相應(yīng)的頻率偏移為 ，靈敏度，靈敏度S S 的表示式為的表示式為 顯然，顯然，S 越大，調(diào)頻信號(hào)的控制作用越越大，調(diào)頻信號(hào)的控制作用越強(qiáng)，越容易產(chǎn)生大頻偏的調(diào)頻信號(hào)。強(qiáng)，越容易產(chǎn)生大頻偏的調(diào)頻信號(hào)。 ufufSf第34頁/共78頁3 3最大頻偏最大頻偏 在正常調(diào)制電壓作用下，所能達(dá)到的最在正常調(diào)制電壓作用下，所能達(dá)到的最大頻偏值以大頻偏值以 表示，它是根據(jù)對(duì)調(diào)頻指數(shù)表示，它是根據(jù)對(duì)調(diào)頻指數(shù) mf 的要求來選定的。的要求來選定的。通常要求通常要求 的數(shù)值在整個(gè)的數(shù)值在整個(gè)波段內(nèi)保持不變。波段內(nèi)保持不變。. .載波頻率穩(wěn)定度載波頻率穩(wěn)定度 雖然，調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)雖然，調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)在改變。但這種變化在改變。但這種變化是以穩(wěn)定的載波（中心頻是以穩(wěn)定的載波（中心頻率）為基準(zhǔn)的。率）為基準(zhǔn)的。如果載頻穩(wěn)定，接收機(jī)就可以如果載頻穩(wěn)定，接收機(jī)就可以正常地接收調(diào)頻信號(hào)；若載頻不穩(wěn)，就有可能正常地接收調(diào)頻信號(hào)；若載頻不穩(wěn)，就有可能使調(diào)頻信號(hào)的頻譜落到接收機(jī)通常范圍之外，使調(diào)頻信號(hào)的頻譜落到接收機(jī)通常范圍之外，以致不能保證正常通信。以致不能保證正常通信。mfmf第35頁/共78頁 因此，對(duì)于調(diào)頻電路，不僅要滿足一定頻偏因此，對(duì)于調(diào)頻電路，不僅要滿足一定頻偏要求，而且要求，而且振蕩中心頻率必須保持足夠高的頻振蕩中心頻率必須保持足夠高的頻率穩(wěn)定度，率穩(wěn)定度，頻率穩(wěn)定度可用下式表示，即頻率穩(wěn)定度可用下式表示，即 -經(jīng)過時(shí)間間隔后中心頻率的偏移值經(jīng)過時(shí)間間隔后中心頻率的偏移值 -中心頻率。中心頻率。 cff頻率穩(wěn)定度時(shí)間間隔fcf第36頁/共78頁6.4 6.4 調(diào)頻電路調(diào)頻電路一、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，電路簡(jiǎn)單，性能用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，電路簡(jiǎn)單，性能良好，是目前最為廣泛使用的一種調(diào)頻電路。良好，是目前最為廣泛使用的一種調(diào)頻電路。 1.1.變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體PN 結(jié)的結(jié)電容結(jié)的結(jié)電容隨隨外加反向電壓而變化這一特性，外加反向電壓而變化這一特性，所制成的一所制成的一種半導(dǎo)體二極管。種半導(dǎo)體二極管。 它是一種電壓控制可變電抗元件。它是一種電壓控制可變電抗元件。變?nèi)荻內(nèi)荻O管與普通二極管相比，所不同的是極管與普通二極管相比，所不同的是在反向電在反向電壓作用下的結(jié)電容變化較大壓作用下的結(jié)電容變化較大. .第37頁/共78頁圖圖6-10 6-10 變?nèi)荻O管的表示符號(hào)及其等效電路變?nèi)荻O管的表示符號(hào)及其等效電路第38頁/共78頁 變?nèi)荻O管的電容變?nèi)荻O管的電容C 隨著所加的反向偏壓隨著所加的反向偏壓U 而變化。而變化。 圖圖6-116-11是我們用是我們用C-V 特性測(cè)試儀特性測(cè)試儀對(duì)變?nèi)荻O管對(duì)變?nèi)荻O管2 2CC1313C 進(jìn)行實(shí)測(cè)所繪制的進(jìn)行實(shí)測(cè)所繪制的 CU 特性曲線?？芍?，反偏壓越大，則電容越小。這種特性可表示為特性曲線?？芍?，反偏壓越大，則電容越小。這種特性可表示為nUUAC)(,第39頁/共78頁第40頁/共78頁變?nèi)荻O管調(diào)頻原理變?nèi)荻O管調(diào)頻原理 由于變?nèi)荻O管接在振蕩器回路中，其結(jié)由于變?nèi)荻O管接在振蕩器回路中，其結(jié)電電容成為回路電容的一部分。容成為回路電容的一部分。 當(dāng)調(diào)制電壓加在變?nèi)荻O管上當(dāng)調(diào)制電壓加在變?nèi)荻O管上使加在變?nèi)荻O管上的反向電壓受使加在變?nèi)荻O管上的反向電壓受u控制控制從而使得變?nèi)荻O管的結(jié)電容受從而使得變?nèi)荻O管的結(jié)電容受u控制控制則回路總電容則回路總電容C也要受也要受u控制控制最后使得振蕩器的振蕩頻率受最后使得振蕩器的振蕩頻率受u控制，控制，即瞬即瞬時(shí)時(shí)頻率隨頻率隨u的變化而變化。的變化而變化。第41頁/共78頁 由變?nèi)荻O管的電容和電感組成振蕩器的由變?nèi)荻O管的電容和電感組成振蕩器的諧振電路，其諧振頻率近似為諧振電路，其諧振頻率近似為 在變?nèi)荻O管上加一固定的反向直流偏在變?nèi)荻O管上加一固定的反向直流偏壓壓 和調(diào)制電壓和調(diào)制電壓 （圖（圖6-126-12），則變?nèi)荩?，則變?nèi)荻O管電容量將隨二極管電容量將隨 改變，通過二極管改變，通過二極管的變?nèi)萏匦裕▓D的變?nèi)萏匦裕▓D6-126-12）可以找出電容）可以找出電容時(shí)間的變化曲線（圖時(shí)間的變化曲線（圖6-126-12）。）。偏Uuu12fLC第42頁/共78頁 此電容此電容 C 由兩部分組成，一部分是由兩部分組成，一部分是 為固定值；另一部分是為固定值；另一部分是 為變化值為變化值 ， 是變化部分的幅度，則有是變化部分的幅度，則有 0mcosCCCtmcosCt0CmC0m12(cos)fL CCt第43頁/共78頁 在在 1 1 的條件下，將上式用二項(xiàng)的條件下，將上式用二項(xiàng) 式定理展開，并略去平方項(xiàng)以上各項(xiàng)，可式定理展開，并略去平方項(xiàng)以上各項(xiàng)，可 得得m0012(1cos)fCLCtCm0CCmcc01cos2CffftCcff 第44頁/共78頁 式中式中 mc01cos2CfftC c012fLC是頻率的變化部分是頻率的變化部分fmc012CfC是變化部分的幅值，稱為頻偏。是變化部分的幅值，稱為頻偏。 式式中的負(fù)號(hào)表示當(dāng)回路電容增加時(shí)，中的負(fù)號(hào)表示當(dāng)回路電容增加時(shí)，頻率是減小的。頻率是減小的。 fc 稱為中心頻率稱為中心頻率 第45頁/共78頁第46頁/共78頁 比較圖（圖比較圖（圖6-12 a6-12 a）及圖（圖）及圖（圖6-12 e6-12 e），），可見頻率是在隨調(diào)制電壓而變，可見頻率是在隨調(diào)制電壓而變，從從 而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。 由以上分析可知，因?yàn)樽內(nèi)荻O管勢(shì)壘電容隨反向偏壓而變，如果將變?nèi)萦梢陨戏治隹芍?，因?yàn)樽內(nèi)荻O管勢(shì)壘電容隨反向偏壓而變，如果將變?nèi)荻O管接在諧振回路兩端，使反向偏壓受調(diào)制信號(hào)所控制，這時(shí)回路電容有一二極管接在諧振回路兩端，使反向偏壓受調(diào)制信號(hào)所控制，這時(shí)回路電容有一部分按正弦規(guī)律變化，必然引起振蕩頻率作相應(yīng)的變化。部分按正弦規(guī)律變化，必然引起振蕩頻率作相應(yīng)的變化。第47頁/共78頁 它以它以 為中心作上下偏移，其偏移大小為中心作上下偏移，其偏移大?。l偏）與電容變化最大值（頻偏）與電容變化最大值 成比例。成比例。所以回路的振蕩頻率是隨調(diào)制信號(hào)變化所以回路的振蕩頻率是隨調(diào)制信號(hào)變化的，這就是變?nèi)荻O管調(diào)頻的基本原理。的，這就是變?nèi)荻O管調(diào)頻的基本原理。 由于由于 和和 兩條曲線并不是兩條曲線并不是成成 正比的，最后得到的正比的，最后得到的 曲線形狀將不與曲線形狀將不與 曲線完全一致，這就意味著調(diào)制失真。曲線完全一致，這就意味著調(diào)制失真。 mCcfuc fc tf tu第48頁/共78頁 失真的程度不僅與變?nèi)荻O管的變?nèi)萏匦杂嘘P(guān)，而且還決定于調(diào)制電壓的大小。失真的程度不僅與變?nèi)荻O管的變?nèi)萏匦杂嘘P(guān)，而且還決定于調(diào)制電壓的大小。顯然，調(diào)制電壓愈大，顯然，調(diào)制電壓愈大，則失真愈大。為了減小失真，調(diào)制電壓不宜過大，但也不宜太小，因?yàn)樘t頻移太小。實(shí)際上應(yīng)兼顧二則失真愈大。為了減小失真，調(diào)制電壓不宜過大，但也不宜太小，因?yàn)樘t頻移太小。實(shí)際上應(yīng)兼顧二者，一般取調(diào)制電壓比偏壓小一半多，即者，一般取調(diào)制電壓比偏壓小一半多，即m0.5uU偏第49頁/共78頁3.3.小頻偏變?nèi)荻O管調(diào)頻器的分小頻偏變?nèi)荻O管調(diào)頻器的分析析 小頻偏調(diào)制，小頻偏調(diào)制，大多用于無線電調(diào)頻大多用于無線電調(diào)頻廣播、電視臺(tái)的伴音廣播、電視臺(tái)的伴音系統(tǒng)和小容量無線多系統(tǒng)和小容量無線多路通信設(shè)備。路通信設(shè)備。 它們的頻偏范圍它們的頻偏范圍約在幾十千赫到幾百約在幾十千赫到幾百千赫。千赫。 圖圖6-13 6-13 變?nèi)荻O管部分變?nèi)荻O管部分 部分部分接入接入振蕩電路振蕩電路第50頁/共78頁分析思路分析思路 1) 1)在未加調(diào)制信號(hào)時(shí)在未加調(diào)制信號(hào)時(shí)回路總電容回路總電容 2d0210112d02d0(1)1CCCCCCCCCCC)11 (211nnC ,121CCn 22d0CnC式中，式中， n1 和和n2 是電容的接入系數(shù)是電容的接入系數(shù) d00nCAU未加調(diào)制信號(hào)時(shí)未加調(diào)制信號(hào)時(shí)的結(jié)電容的結(jié)電容 （6-326-32） 第51頁/共78頁2) 2) 當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，回路總電容當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，回路總電容 當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，這當(dāng)加入調(diào)制信號(hào)后，這時(shí)變?nèi)荻O管的等效電容為時(shí)變?nèi)荻O管的等效電容為Cd ，回路總電容為，回路總電容為d21d2CCCCCC第52頁/共78頁3) ) 回路總電容變化量回路總電容變化量 00CCCd2d0211d2d02CCCCCCCCCCdd02d2d02CCCCCCC222dd01111CCCCC分析上式，只有分析上式，只有C2 / /Cd 是隨調(diào)制信號(hào)變化的。是隨調(diào)制信號(hào)變化的。 （6-336-33）第53頁/共78頁 經(jīng)變換經(jīng)變換( (展開成冪級(jí)數(shù)，再利用三角關(guān)系展開成冪級(jí)數(shù)，再利用三角關(guān)系, ,由于是小頻偏情況由于是小頻偏情況) )可得總電容變化量為可得總電容變化量為2d002222d0d0d0( ,)(1( ,)(1)CF n mCCCCCCF n mCCC 2d02222222d0( ,)( ,)(1)(1)CF n mCC nCF n mCnC （6-416-41） tAtAtAAmnF3cos2coscos),(3210式中式中第54頁/共78頁4)4)總電容總電容C變化引起頻率的變化變化引起頻率的變化 總電容變化使它偏離未調(diào)制時(shí)總電容總電容變化使它偏離未調(diào)制時(shí)總電容C0 的值的值為為 ，這時(shí)所引起的高頻振蕩角頻率，這時(shí)所引起的高頻振蕩角頻率 偏離偏離值為值為 ，根據(jù)根據(jù)LC振蕩原理，有振蕩原理，有cc01LCc0000011111LCLCCL CCC上式兩邊同除以上式兩邊同除以 得得cc00111CC0C第55頁/共78頁 小頻偏時(shí)，小頻偏時(shí)， ，上式可簡(jiǎn)化為，上式可簡(jiǎn)化為20cc220c2()11(1)(1)CC 00c2CC 0c012CC 或或 （6-316-31）c第56頁/共78頁5) 諧振回路頻偏諧振回路頻偏 與調(diào)制電壓的變化規(guī)與調(diào)制電壓的變化規(guī)律律 將式（將式（6-326-32）和（）和（6-416-41）代入式（）代入式（6-316-31）中，）中，可得可得222021c012( ,)(1)1122(1)1n CF n mCnnCCn ),()1)(1 (21122122mnFnnnCCn),()1)(1 (2112212mnFnnnnn第57頁/共78頁 令令 )1)(1 (2112212nnnnnKc( ,)KF n mc( ,)fKF n mf則則 即即 c0123(coscos2cos3)fKfAAtAtAt （6-446-44） 第58頁/共78頁6) 結(jié)論結(jié)論 (1) (1) 在瞬時(shí)頻率的變化中，含有與調(diào)制信號(hào)在瞬時(shí)頻率的變化中，含有與調(diào)制信號(hào)成線成線性關(guān)系的成分，其最大偏移為性關(guān)系的成分，其最大偏移為 此外，還有與調(diào)制信號(hào)的二次、三次等諧波成分成此外，還有與調(diào)制信號(hào)的二次、三次等諧波成分成線性線性關(guān)系的成分，其最大偏移為關(guān)系的成分，其最大偏移為 另外還有中心頻率相對(duì)于未調(diào)制時(shí)的載波頻另外還有中心頻率相對(duì)于未調(diào)制時(shí)的載波頻率率產(chǎn)生的偏移為產(chǎn)生的偏移為211cc18(1)(2)8fKA fnmn nnmKf222cc1(1)4fKA fnm Kf333cc1(1)(2)24fKA fn nnm Kf2c0cc1(1)4fKA fn nm Kf第59頁/共78頁 ( () )為了使調(diào)制線性良好，應(yīng)盡可能減小為了使調(diào)制線性良好，應(yīng)盡可能減小頻頻 率調(diào)制的非線性失真率調(diào)制的非線性失真( ( 和和 ) ) 以及以及 ( (它它是引起中心頻率不穩(wěn)定的一種是引起中心頻率不穩(wěn)定的一種因素因素) )。也就是希望也就是希望m 值愈小愈好（即減小調(diào)制信號(hào)），但是值愈小愈好（即減小調(diào)制信號(hào)），但是有用頻偏有用頻偏 也同也同時(shí)減小。為了兼顧頻偏時(shí)減小。為了兼顧頻偏 和減小非線性失真要求，和減小非線性失真要求，m 值多取在值多取在0.50.5或或0.50.5以下。以下。2f3fcf1f1f第60頁/共78頁4.4.利用變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理電路舉利用變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理電路舉例例 1) 1)電路電路6-146-14（a a）利用變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理電路）利用變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理電路 第61頁/共78頁2）分析思路）分析思路（1 1）變?nèi)荻O管上需加固定偏壓及）變?nèi)荻O管上需加固定偏壓及u（2 2）變?nèi)荻O管是高頻振蕩電路的一部分）變?nèi)荻O管是高頻振蕩電路的一部分 C2對(duì)音頻和直流容抗大，可看作開路對(duì)音頻和直流容抗大，可看作開路 音頻時(shí)等效電路？音頻時(shí)等效電路？ 高頻時(shí)等效電路？高頻時(shí)等效電路？第62頁/共78頁 V1是音頻放大器，是音頻放大器， V2是高頻振蕩器是高頻振蕩器, L、C1、 C2 、 Cd 組成振蕩槽路，其中組成振蕩槽路，其中C1代表代表槽路電容的固定部分，槽路電容的固定部分， Cd 是變?nèi)荻O管的電容。是變?nèi)荻O管的電容。 C2是變?nèi)荻O管和槽路之間的耦合電容，是變?nèi)荻O管和槽路之間的耦合電容，對(duì)直對(duì)直流和音頻而言，流和音頻而言， C2 是開路，以防止是開路，以防止 Cd 上的直流上的直流偏壓和音頻電壓對(duì)振蕩電路的影響，對(duì)高頻而言，偏壓和音頻電壓對(duì)振蕩電路的影響，對(duì)高頻而言， C2與與Cd串起來作為槽路的一部分。串起來作為槽路的一部分。 Rc是音頻放大器的集電極負(fù)載電阻。是音頻放大器的集電極負(fù)載電阻。 3) 元器件作用元器件作用第63頁/共78頁 ZL是高頻扼流圈，是高頻扼流圈，對(duì)直流及音頻而言，對(duì)直流及音頻而言， ZL阻抗可以忽略不計(jì)，阻抗可以忽略不計(jì)，故故Rc上的直流及音頻電上的直流及音頻電壓可以加到變?nèi)荻O管上，其中直流電壓就作壓可以加到變?nèi)荻O管上，其中直流電壓就作為變?nèi)荻O管的直流偏壓，音頻電壓用來改變?yōu)樽內(nèi)荻O管的直流偏壓，音頻電壓用來改變Cd 的容量。的容量。對(duì)高頻而言，相當(dāng)于開路，從而防對(duì)高頻而言，相當(dāng)于開路，從而防止了高頻對(duì)音頻電路的影響。止了高頻對(duì)音頻電路的影響。 值得提出的是加于變?nèi)荻O管上的電壓值得提出的是加于變?nèi)荻O管上的電壓有三個(gè)，它們的大小應(yīng)是這樣的關(guān)系：為了避有三個(gè)，它們的大小應(yīng)是這樣的關(guān)系：為了避免高頻電壓對(duì)二極管電容的作用，高頻電壓應(yīng)免高頻電壓對(duì)二極管電容的作用，高頻電壓應(yīng)比音頻電壓小得多；為了減小失真，音頻電壓比音頻電壓小得多；為了減小失真，音頻電壓應(yīng)比偏壓小一半多。應(yīng)比偏壓小一半多。第64頁/共78頁問題問題：電容：電容C1可不可以不加，為什么要加可不可以不加，為什么要加C1？ 因?yàn)楦哳l電路中存在分布電容，加大因?yàn)楦哳l電路中存在分布電容，加大C1提高穩(wěn)定性，但頻偏減小。提高穩(wěn)定性，但頻偏減小。第65頁/共78頁 圖圖6-14 6-14 （a a）變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路）變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路第66頁/共78頁5 5）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路 圖圖6-14 6-14 （b b）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路）變?nèi)荻O管其他調(diào)頻電路第67頁/共78頁 圖圖6-14(b)6-14(b)所示電路，是我們?cè)O(shè)計(jì)的其中心頻率為所示電路，是我們?cè)O(shè)計(jì)的其中心頻率為36MHz的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。以三極管的變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。以三極管V1為核心為核心構(gòu)成西勒振蕩器，音頻電壓經(jīng)構(gòu)成西勒振蕩器，音頻電壓經(jīng)C7耦合到變?nèi)荻O管，改變其電容可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，調(diào)頻信號(hào)由耦合到變?nèi)荻O管，改變其電容可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，調(diào)頻信號(hào)由C8送出。兩變?nèi)菟统觥勺內(nèi)荻O管反向串聯(lián)是為了減小高頻電壓對(duì)變?nèi)荻O管電容的影響。二極管反向串聯(lián)是為了減小高頻電壓對(duì)變?nèi)荻O管電容的影響。第68頁/共78頁二、電抗管調(diào)頻電路二、電抗管調(diào)頻電路1. 1. 電抗管調(diào)頻原理電抗管調(diào)頻原理1 1）組成）組成: : 所謂電抗管，就是由一只晶體管或場(chǎng)效所謂電抗管，就是由一只晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管加上由電抗和電阻元件構(gòu)成的移相網(wǎng)絡(luò)組成。應(yīng)管加上由電抗和電阻元件構(gòu)成的移相網(wǎng)絡(luò)組成。 顧名思義，電抗管等效于一個(gè)電抗元件顧名思義，電抗管等效于一個(gè)電抗元件（電感或電容），不過，它與普通的電抗元件不（電感或電容），不過，它與普通的電抗元件不同，同，其參量可以隨調(diào)制信號(hào)而變化。其參量可以隨調(diào)制信號(hào)而變化。2 2）調(diào)頻原理：）調(diào)頻原理：將電抗管接入振蕩器諧振回路，將電抗管接入振蕩器諧振回路，在在低頻調(diào)制信號(hào)控制下，電抗管的等效電抗就發(fā)生低頻調(diào)制信號(hào)控制下，電抗管的等效電抗就發(fā)生變化，從而使振蕩器的瞬時(shí)振蕩頻率隨調(diào)制電壓變化，從而使振蕩器的瞬時(shí)振蕩頻率隨調(diào)制電壓而變，獲得調(diào)頻。而變，獲得調(diào)頻。第69頁/共78頁第70頁/共78頁2. 2. 等效電抗的推導(dǎo)等效電抗的推導(dǎo) 1 1）晶體管電抗管的等效電抗）晶體管電抗管的等效電抗 a. a. 等效電抗是一個(gè)電容等效電抗是一個(gè)電容 b. b. 等效電抗是一個(gè)電感（復(fù)習(xí)時(shí)推導(dǎo)）等效電抗是一個(gè)電感（復(fù)習(xí)時(shí)推導(dǎo)） 2 2）場(chǎng)效應(yīng)管電抗管的等效電抗）場(chǎng)效應(yīng)管電抗管的等效電抗第71頁/共78頁第72頁/共78頁第73頁/共78頁三、晶體振蕩器調(diào)頻電三、晶體振蕩器調(diào)頻電路路 變?nèi)荻O管調(diào)頻和電抗管調(diào)頻的中心頻率穩(wěn)定度低，變?nèi)荻O管調(diào)頻和電抗管調(diào)頻的中心頻率穩(wěn)定度低，是由于它們都是在是由于它們都是在 LC 振蕩器上直接進(jìn)行的。振蕩器上直接進(jìn)行的。而而 LC 振蕩器頻率穩(wěn)定度較低，再加上變?nèi)莨芑蛘袷幤黝l率穩(wěn)定度較低，再加上變?nèi)莨芑螂娍构芨鲄?shù)又引進(jìn)新的不隱定因素，所以頻率穩(wěn)定性更差，一般低電抗管各參數(shù)又引進(jìn)新的不隱定因素，所以頻率穩(wěn)定性更差，一般低于于 。4101第74頁/共78頁圖圖6-18 6-18 晶體振蕩器直接調(diào)頻原理晶體振蕩器直接調(diào)頻原理第75頁/共78頁 為了提高調(diào)頻器的頻率穩(wěn)定度，可對(duì)晶體振蕩器進(jìn)行調(diào)頻，因?yàn)槭⒕w為了提高調(diào)頻器的頻率穩(wěn)定度，可對(duì)晶體振蕩器進(jìn)行調(diào)頻，因?yàn)槭⒕w振蕩器的頻率穩(wěn)定度很高，可做到振蕩器的頻率穩(wěn)定度很高，可做到 。 所以，在要求頻率穩(wěn)定度較高，頻偏不太大的場(chǎng)合，用石英晶體振蕩器調(diào)所以，在要求頻率穩(wěn)定度較高，頻偏不太大的場(chǎng)合，用石英晶體振蕩器調(diào)頻較合適。頻較合適。 6101第76頁/共78頁圖圖6-19 6-19 晶體振蕩器直接調(diào)頻實(shí)際電路晶體振蕩器直接調(diào)頻實(shí)際電路圖圖6-196-19電路電路為為晶體直接調(diào)頻實(shí)際電路晶體直接調(diào)頻實(shí)際電路該該電路電路在完成晶體調(diào)頻同時(shí)，兼有三倍頻功能，在完成晶體調(diào)頻同時(shí)，兼有三倍頻功能，輸出中心頻率為輸出中心頻率為36MHz36MHz調(diào)頻信號(hào)，增加了頻偏。調(diào)頻信號(hào)，增加了頻偏。第77頁/共78頁感謝您的觀看！第78頁/共78頁