模电)频率变换电路：角度课件

w角度调制可分为两种：一种是频率调制，角度调制可分为两种：一种是频率调制，简称简称调频（调频（FM）；另一种是相位调制，；另一种是相位调制，简称简称调相（调相（PM）。w角度调制和解调电路都属于频谱角度调制和解调电路都属于频谱非线性变非线性变换换电路。电路。8.3 角度调制及解调角度调制及解调1一、调频、调相的定义、波形及一、调频、调相的定义、波形及数学表达式数学表达式 定义定义调频（调频（FM）：载波的幅度不变，而瞬时：载波的幅度不变，而瞬时角角频率频率WC（t）随调制信号）随调制信号u作线性变化。作线性变化。调相（调相（PM）：载波的幅度不变，而瞬时：载波的幅度不变，而瞬时相相位位C（t）随调制信号）随调制信号u作线性变化。作线性变化。2 调频、调相波形调频、调相波形3 数学表达式数学表达式 FM 设设载波载波uCUCmcoswCt 调制信号调制信号uUmcost瞬时角频率瞬时角频率wC（t）=wCkf Um cost=wCwfmcostwC载波角频率，即载波角频率，即调频波中心角频率调频波中心角频率kf调频灵敏度调频灵敏度，表示单位调制信号幅度引，表示单位调制信号幅度引起的频率变化起的频率变化wfm调频波最大角频偏调频波最大角频偏，表示，表示FM波频率波频率摆动的幅度，摆动的幅度，wfm=kf Um 最大频偏？最大频偏？4 FM波表达式波表达式 wC（t）=d（t）/dt（t）=wC（t）dt+0 =wCt+wfm/sint+0 =wCt+mfsint+0 则则 uFM UCmcos（t）=Ucmcos（wCt+mfsint）mf wfm/=kf Um 调频系数调频系数5 PM瞬时相位瞬时相位（t）=wCt kpUm cost=wCt+mpcostwC载波角频率载波角频率kp调调相灵敏度相灵敏度，表示单位调制信号幅度，表示单位调制信号幅度引起的相位变化，引起的相位变化，单位单位rad/Vmp调调相系数，即最大相位偏移相系数，即最大相位偏移，表示，表示PM波波相位摆动的幅度，相位摆动的幅度，mp=kp Um 单位为单位为rad。6 PM波表达式波表达式uPM UCmcos（t）=Ucmcos（wCt+mpcost）调相系数调相系数mp=wpm/wpmPM波最大角频偏波最大角频偏wpm=mp =kp Um w（t）=d（t）/dt=wCmpsint =wC wpmsint 7二、调频波的频谱及带宽二、调频波的频谱及带宽(p138)uFM=Ucmcos（wCt+mfsint）=UcmcoswCt cos（mfsint）UcmsinwCt sin（mfsint）窄带调频（窄带调频（mf1）cos（mfsint）1sin（mfsint）mfsint uFMUcmcoswCt mfUcmsinwCt sint频谱包含一个载频、两个边频频谱包含一个载频、两个边频带宽带宽BW=2F8 宽带调频（宽带调频（mf1）w频谱包含一个载频和无穷多对边频分量频谱包含一个载频和无穷多对边频分量w有效带宽有效带宽BW=2（1+mf）F=2（f+F）w同理同理调相波有效带宽调相波有效带宽BW=2（1+mp）F9 宽带调频（宽带调频（mf1）103.调频波的平均功率调频波的平均功率根据帕塞瓦尔定理，调频波的平均功率等根据帕塞瓦尔定理，调频波的平均功率等于各个频率分量平均功率之和于各个频率分量平均功率之和。即。即 Po Ucm2/2 JJl2（mf）JJl2（mf）1 (根据贝塞尔函数根据贝塞尔函数）Po Ucm2/2 这说明，在这说明，在Ucm一定时，调频波的平均功率一定时，调频波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，也就一定，且等于未调制时的载波功率，其值与其值与mf无关无关。11三、调频、调幅比较三、调频、调幅比较w调频优点：调频优点：抗干扰性强抗干扰性强 功率管利用率高功率管利用率高 信号传输保真度高信号传输保真度高w调频缺点：调频缺点：只能工作在超短波以上波段只能工作在超短波以上波段 电路结构复杂电路结构复杂12四、四、调频、调相比较调频、调相比较w在在模拟通信模拟通信中，系统带宽相同时，调频系中，系统带宽相同时，调频系统接收机输出端的信噪比明显优于调相系统接收机输出端的信噪比明显优于调相系统，故统，故广泛采用调频制广泛采用调频制。w在在数字通信数字通信中，相位键控的抗干扰能力优中，相位键控的抗干扰能力优于频率键控和幅度键控，因而于频率键控和幅度键控，因而调相制获得调相制获得广泛应用广泛应用。13例例1.已知调制信号已知调制信号u5cos（2 103t）V，调角信号表达式调角信号表达式u(t)10cos2 106t 10cos（2 103t）V，试指出该调角信号是调频，试指出该调角信号是调频还是调相信号？调制系数、载波振幅以及最大还是调相信号？调制系数、载波振幅以及最大频偏各为多少？频偏各为多少？（调相、（调相、mp10rad、10V、10kHz）调相系数调相系数mp=wpm/14已知：载波已知：载波 uC（t）10cos（2 50 10 6t）V，调制信，调制信号号u（t）5cos（2 103t）V，调频灵敏度，调频灵敏度Kf=2 *10krad/s求：求：1、调频波表达式、调频波表达式 2、最大频偏、最大频偏fm 3、调频系数、调频系数mf和有效带宽和有效带宽BW1、u(t)10cos（2 50 10 6t+50 sin2 103t）V2、fm=KfUm/2 =50KHz 3、mf=fm/F=50KHz/1KHz=50rad BW=2(mf+1)F=102KHzmf wfm/=kf Um 调频系数调频系数158.3.2 调频电路调频电路实现调频的方法有两种：直接调频法和间接调频法。实现调频的方法有两种：直接调频法和间接调频法。直直接接调调频频是是用用调调制制信信号号控控制制振振荡荡器器的的频频率率（通通过过改改变变回回路路元元件件参参数数来来实实现现）。在在直直接接调调频频电电路路中中，振振荡荡器器与与调调制制器器合合二二为为一一。这这种种方方法法的的主主要要优优点点是是在在实实现现线线性性调调频频的的要要求求下下，可以获得较大的频偏；其主要缺点是频率稳定度差。可以获得较大的频偏；其主要缺点是频率稳定度差。间接调频是把调制和振荡分开，即间接调频是把调制和振荡分开，即先对调制信号进行积分，先对调制信号进行积分，然后对载波进行调相然后对载波进行调相而获得调频波的。这种调频的方法载频而获得调频波的。这种调频的方法载频稳定度高，但最大相偏通常有限。稳定度高，但最大相偏通常有限。161）直接调频电路）直接调频电路一、变容二极管直接调频一、变容二极管直接调频 变容二极管的符号及变容特性变容二极管的符号及变容特性 PN结二极管结二极管是单向导电元件，若将其是单向导电元件，若将其反向反向偏置，并始终控制在截止区时偏置，并始终控制在截止区时，PN结成结成为一个与为一个与反向反向控制电压有关的电容，因此控制电压有关的电容，因此PN结二极管结二极管可制成变容二极管可制成变容二极管。17 变容二极管的符号及变容特性变容二极管的符号及变容特性182)变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路 原理图原理图19调频原理调频原理w调谐回路电容由调谐回路电容由C和变容二极管和变容二极管Cj串联组串联组成，其中成，其中C Cj，故回路的瞬时谐振频率，故回路的瞬时谐振频率主要由主要由Cj决定。决定。即即w1/L Cj w调制信号通过加在变容二极管上，用来控调制信号通过加在变容二极管上，用来控制它的容量制它的容量Cj，也就控制该调谐回路的谐，也就控制该调谐回路的谐振频率。振频率。20 实际电路分析实际电路分析121 实际电路分析实际电路分析222 变容二极管变容二极管(直接）直接）调频电路调频电路的优缺点的优缺点w优点：电路简单、频偏大优点：电路简单、频偏大w缺点：振荡（缺点：振荡（中心中心）频率不稳定）频率不稳定232 间接调频电路间接调频电路w调制器与振荡器是分开的，对振荡回路影调制器与振荡器是分开的，对振荡回路影响小，频率稳定度高。响小，频率稳定度高。24间接调频原理间接调频原理 利用调相的方法来实现调频利用调相的方法来实现调频 wC（t）=d（t）/dt （t）=wC（t）dt 先对调制信号进行积分，然后再进行调先对调制信号进行积分，然后再进行调相，从而得到调频波。相，从而得到调频波。252)间接调频电路间接调频电路 从调相转换为调频从调相转换为调频26单谐振回路变容管调相电路单谐振回路变容管调相电路27三级单回路变容管调相电路三级单回路变容管调相电路288.3.3 鉴频电路鉴频电路几个概念：几个概念：w鉴频：对调频信号进行解调鉴频：对调频信号进行解调w鉴相器鉴相器：完成调相信号解调任务的电路：完成调相信号解调任务的电路称为相位检波器，简称鉴相器。称为相位检波器，简称鉴相器。w鉴频器鉴频器：完成调频信号解调任务的电路：完成调频信号解调任务的电路称为频率检波器，简称鉴频器。称为频率检波器，简称鉴频器。29鉴频鉴频基本方法基本方法w斜率鉴频器：斜率鉴频器：先将调频信号通过频幅转换网络先将调频信号通过频幅转换网络变成调频变成调频调幅信号调幅信号,然后利用包络检波的方式然后利用包络检波的方式取出调制信号取出调制信号w相位鉴频器相位鉴频器：先将调频信号通过频相转换网络变成先将调频信号通过频相转换网络变成调频调频调相信号调相信号,然后利用鉴相方式取出调制信号然后利用鉴相方式取出调制信号303.斜率鉴频器斜率鉴频器31w上图中，回路上图中，回路的谐振频率的谐振频率f 01 f C ，回路，回路的谐振频率的谐振频率f 02 f C。w为保证鉴频的线性范围，调为保证鉴频的线性范围，调f 01、f 02，使，使 f 02-f 012 f maxw为使鉴频特性曲线对称，还应使为使鉴频特性曲线对称，还应使 f 02-f C=f C-f 01。32w这种电路的主要缺点是调试比较困难这种电路的主要缺点是调试比较困难 w实际中应用较多的是两个单失谐回路组成实际中应用较多的是两个单失谐回路组成的双失谐回路鉴频器。的双失谐回路鉴频器。334、相位鉴频器、相位鉴频器1)鉴相原理鉴相原理经低通滤波器后，可滤除高频分量经低通滤波器后，可滤除高频分量 鉴相特性接近于直线。鉴相电路的线性鉴相范围越宽越好鉴相特性接近于直线。鉴相电路的线性鉴相范围越宽越好 342)乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器1)乘积型相位鉴频器实现模型乘积型相位鉴频器实现模型352)实际应用电路实际应用电路363.叠加型相位鉴频器实现模型叠加型相位鉴频器实现模型37互感耦合相位鉴频器互感耦合相位鉴频器1)原理图原理图38各元件作用各元件作用L1、C1调谐于调谐于fc的初级回路的初级回路L2、C2调谐于调谐于fc的次级回路的次级回路Lc高频扼流圈，提供直流通路高频扼流圈，提供直流通路Cc高频耦合电容，把高频耦合电容，把U1耦合到耦合到Lc两端两端加到检波管上的电压加到检波管上的电压 UD1=U1+U2/2 UD2=U1-U2/2鉴频器输出电压鉴频器输出电压U0=KD（|UD1|-|UD2|）392)工作原理工作原理为分析方便，忽略初、次级线圈损耗，忽为分析方便，忽略初、次级线圈损耗，忽略初级回路对次级反射阻抗以及次级回路略初级回路对次级反射阻抗以及次级回路对初级反射阻抗对初级反射阻抗402)工作原理工作原理 f=fc时，时，w L2=1/wC2（谐振），（谐振），I2和和E 同相，同相，U2、U1有相位差有相位差90，这时，这时|UD1|=|UD2|，即检波后电压相等且反，即检波后电压相等且反 相，故输出电压相，故输出电压U0=0。f fc时，时，w L2 1/wC2（感性），（感性），I2滞滞 后后E，U2、U1相位差大于相位差大于90，这时，这时|UD1|UD2|，即检波后电压相等且反，即检波后电压相等且反 相，故输出电压相，故输出电压U0 0。41 f fc时，时，w L2 1/wC2（容性），（容性），I2超超 前前E，U2、U1相位差小于相位差小于90，这时，这时|UD1|UD2|，即检波后电压相等且反，即检波后电压相等且反 相，故输出电压相，故输出电压U0 0。故故 FM波的波的f随调制信号变化随调制信号变化 U2、U1 相位差变化（相位差变化（FM-PM）加到检波器上加到检波器上 的电压幅度变化（的电压幅度变化（FM-AM）包络检波包络检波 得得到原调制信号到原调制信号423)互感耦合相位鉴频器相量图互感耦合相位鉴频器相量图434.互感耦合相位鉴频器的鉴频特性互感耦合相位鉴频器的鉴频特性44三、三、鉴频特性曲线的调整鉴频特性曲线的调整1.鉴频特性曲线的调整示意图鉴频特性曲线的调整示意图452.调整内容调整内容（1)零点调整（调次级回路）零点调整（调次级回路）w次级回路调谐得偏高（低）时，当输入次级回路调谐得偏高（低）时，当输入信号为信号为6.5MHz，次级呈容（感）性，次级呈容（感）性，U2、U1 相位差不是相位差不是90，使，使|UD1|UD2|，故，故输出电压输出电压U0 0。使。使S曲线移动曲线移动。46(2)对称性调整（调初级回路）对称性调整（调初级回路）初级回路调谐不准，而次级调谐于初级回路调谐不准，而次级调谐于6.5MHz，且输入为，且输入为6.5MHz时，时，U2、U1 相位差相位差仍为仍为90，U0=0，S曲线仍通过零点，但曲线仍通过零点，但上下不对称。上下不对称。47(3)线性范围调整线性范围调整 （调初、次级回路耦合度）（调初、次级回路耦合度）w如果鉴频宽度如果鉴频宽度W达不到要求，可以调整初、达不到要求，可以调整初、次级的耦合系数。次级的耦合系数。48高频电子线路高频电子线路第第8章章 角度调制及解调角度调制及解调 8.4 自动频率控制自动频率控制498.4 自动频率控制（自动频率控制（AFC）一、自动频率控制的任务和分类一、自动频率控制的任务和分类任务：任务：自动调节振荡器的振荡频率，使振自动调节振荡器的振荡频率，使振荡频率稳定在某一预期的荡频率稳定在某一预期的标准频率附近标准频率附近。分类：跟踪式、搜索式分类：跟踪式、搜索式50二、二、AFC的工作原理的工作原理1.AFC的原理框图的原理框图512.工作原理工作原理标准频率源的振荡频率为标准频率源的振荡频率为fi，压控振荡器，压控振荡器VCO的振荡频率为的振荡频率为fs。在频率比较器中将。在频率比较器中将fs与与fi进行比较，输出一个与进行比较，输出一个与fsfi成正比的误差电成正比的误差电压压ud。ud作为作为VCO的控制电压，使的控制电压，使VCO的输的输出振荡频率出振荡频率fs趋向趋向fi。52当当fsfi时，时，ud0，VCO不受影响，不受影响，fs不变。不变。当当fsfi时，时，ud0，VCO在在ud的作用下使其输的作用下使其输出频率出频率fs趋向趋向fi。经过多次循环，最后经过多次循环，最后fs与与fi的误差减小到某一的误差减小到某一最小值最小值ff（称剩余频差）。这时（称剩余频差）。这时VCO将稳将稳定在定在fs ff。53三、三、AFC的应用的应用1.采用采用AFC的调幅接收机的调幅接收机w它比普通调幅接收机增加了鉴频器、低通滤波器它比普通调幅接收机增加了鉴频器、低通滤波器和直流放大器，同时把本地振荡器改为压控振荡和直流放大器，同时把本地振荡器改为压控振荡器。采用器。采用AFC电路后，中频放大器的带宽可以减电路后，中频放大器的带宽可以减小。小。542.采用采用AFC的调频器的调频器（1）组成框图）组成框图552.采用采用AFC的调频器的调频器w采用采用AFC的目的在于稳定调频振荡器的的目的在于稳定调频振荡器的中心频率，即稳定调频信号输出电压中心频率，即稳定调频信号输出电压uo的中心频率。的中心频率。w图中调频振荡器就是压控振荡器，它由图中调频振荡器就是压控振荡器，它由变容二极管和变容二极管和L组成的组成的LC振荡器。振荡器。56w由于石英晶体振荡器无法满足调频波频偏由于石英晶体振荡器无法满足调频波频偏的要求，因而只能采用的要求，因而只能采用LC振荡器。但是振荡器。但是LC振荡器的频率稳定度差，因此振荡器的频率稳定度差，因此用稳定用稳定度很高的石英晶体振荡器对调频振荡器的度很高的石英晶体振荡器对调频振荡器的中心频率进行控制，从而达到中心频率稳中心频率进行控制，从而达到中心频率稳定，又有足够的频偏的调频信号定，又有足够的频偏的调频信号uo。57（2）稳频过程）稳频过程w石英晶体振荡器的晶体频率为石英晶体振荡器的晶体频率为f，调频，调频振荡器的中心频率为振荡器的中心频率为fc c。将鉴频器的中心。将鉴频器的中心频率调整在频率调整在f fc c上。当调频振荡器中上。当调频振荡器中心频率发生漂移时，混频器的输出频差心频率发生漂移时，混频器的输出频差也随之变化，这时鉴频器的输出电压也也随之变化，这时鉴频器的输出电压也随之变化。随之变化。58w经过窄带低通滤波器，将得到一个反映调经过窄带低通滤波器，将得到一个反映调频波中心频率漂移程度的缓慢变化的电压频波中心频率漂移程度的缓慢变化的电压ud d。ud d加到调频振荡器上，调节调频振荡加到调频振荡器上，调节调频振荡器的中心频率，使其漂移减小，稳定度提器的中心频率，使其漂移减小，稳定度提高。高。593.超外差接收机超外差接收机AFC系统系统60稳频过程稳频过程w本振频率未变时：鉴频器中心频率调在接本振频率未变时：鉴频器中心频率调在接收机额定中频上，设接收有用信号载频为收机额定中频上，设接收有用信号载频为fs s，本振频率为，本振频率为fLOLO，混频后输出的中频，混频后输出的中频fI I fLOLO fs s，它正好等于鉴频器中心频率，它正好等于鉴频器中心频率，因此，鉴频器输出电压因此，鉴频器输出电压uPDPD0，送到压控，送到压控振荡器的电压为零，压控振荡器频率不变，振荡器的电压为零，压控振荡器频率不变，仍为固定频率仍为固定频率fLOLO。61稳频过程稳频过程w本振频率变化时：如果由于某种因素使本振频率本振频率变化时：如果由于某种因素使本振频率正向偏离正向偏离ff，即本振频率为，即本振频率为 fLOLO ff，混频后，混频后的中频也偏移为的中频也偏移为fI I ff。因此鉴频器有了输出电。因此鉴频器有了输出电压压uuPDPD，用这个电压控制本振频率，使它减少，用这个电压控制本振频率，使它减少ff。也就是说，本振频率拉回。也就是说，本振频率拉回ff，偏离小了，偏离小了，即此时的本振即此时的本振fLOLO（fLOLOff）ff。如此反。如此反复循环，使本振频率平衡在偏离值很小的频率上。复循环，使本振频率平衡在偏离值很小的频率上。62w如果本振负向偏离，则鉴频器输出负如果本振负向偏离，则鉴频器输出负向控制电压，它使本振频率提高，同向控制电压，它使本振频率提高，同样减少了漂移。样减少了漂移。634.调频接收机方框图调频接收机方框图64本章要求本章要求w调频、调相定义、数学表达式及波形调频、调相定义、数学表达式及波形w调频波的频谱及带宽调频波的频谱及带宽w产生调频波的方法各自优缺点产生调频波的方法各自优缺点w变容二极管直接调频电路（能看懂！）变容二极管直接调频电路（能看懂！）w间接调频后扩展频偏的方法间接调频后扩展频偏的方法w鉴相器、鉴频器的几种类型鉴相器、鉴频器的几种类型wAFC的任务及分类的任务及分类65个人观点供参考，欢迎讨论！