频率调制与解调-2

,第二级,第三级,第四级,第五级,第,7,章 频率调制与解调,第,7,章 频率调制与解调,7.1,调频信号分析,7.2,调频器与调频方法,7.3,调频电路,7.4,鉴频器与鉴频方法,7.5,鉴频电路,7.6,调频收发信机及特殊电路,7.7,调频多重广播,7.2,调频器与调频方法,7.2.1,调频器,实现调频的电路或部件称为,调频器,(,频率调制器,),或调频电路。,对调频器的要求有调制性能和载波性能：,（,1,）调制特性,线性,要好。,（,2,）调制,灵敏度,要高。,（,3,）,载波,性能要好。,（,4,）,最大频偏,要满足要求，并且在保证线性度的条件下要尽可能地大一些，以提高线性范围。,图,710,调频特性曲线,7.2.2,调频方法,1,直接调频法,一般是用调制电压,直接控制,振荡器的振荡频率,使振荡频率,f(t),按调制电压的规律变化。,若被控制的是,LC,振荡器,则只需控制振荡回路的某个元件,(L,或,C),使其,参数随调制电压变化,就可达到直接调频的目的。,优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏，其主要,缺点是,频率稳定度差。,间接调频时，调制器与振荡器是分开的，载波振荡器可以具有,较高的频率稳定度和准确度,，但较为复杂。,实现间接调频的关键是如何进行,相位调制,。通常,实现相位调制的方法有如下三种,:,(1,）矢量合成法。,针对的是,窄带的,调频或调相信号。对于单音调相信号：,u,PM,=,U,cos(,c,t,+,m,p,cos,t,),=,U,cos,c,t,cos(,m,p,cos,t,) -,U,sin(,m,p,cos,t,),sin,c,t,当,m,p,/12,时,上式近似为,u,PM,Ucos,c,t-Um,p,cos,t,sin,c,t,（,720,）,2,间接调频法,图,711,矢量合成法调,(2,）可变移相法。,利用调制信号控制移相网络或谐振回路的,电抗或电阻,件来实现调相。,(3,）可变延时法。,将载波信号通过一,可控延时网络,延时时间,受调制信号控制,即,=,k,d,u,(,t,),则输出信号为,u,=,U,cos,c,(,t,-,)=,U,cos,c,t,-,k,d,c,u,(,t,),输出信号已变成调相信号了。,3.,扩大调频器线性频偏的方法,对于直接调频电路,调制特性的,非线性,随最大相对频偏,f,m,/,f,c,的增大而增大。,当,最大相对频偏,f,m,/,f,c,限定,时,对于特定的,f,c,f,m,也就被限定了,其值与调制频率的大小无关。,如果在,较高的载波频率,上实现调频，则在相对频偏一定的条件下，可以获得较大的绝对频偏。,采用间接调频时，受到,非线性限制,的不是相对频偏也不是绝对频偏、而是最大相偏。,7.3,调频电路,7.3.1,直接调频电路,1.,变容二极管直接调频电路,1),变容二极管调频原理,其,结电容,C,j,与在其两端所加,反偏电压,u,之间存在着如下关系,:,（,721,）,图,712,变容管的,C,j,u,曲线,静态工作点为,E,Q,时,变容二极管结电容为,（,722,）,设在变容二极管上加的,调制信号电压,为,u,(,t,)=,U,cos,t,则,（,723,）,将式（,723,）代入式（,721,）,得,(724),2),变容二极管直接调频性能分析,（,1,）,C,j,为回路,总电容,。,图,713,为一变容二极管直接调频电路,C,j,作为回路总电容接入回路。图,7-13,（,b,）,是图,713,（,a,）,振荡回路的简化高频电路。,由此可知,若变容管上加,u,(,t,),就会使得,C,j,随时间变化（,时变电容,）,如图,714(a),所示,此时振荡频率为,（,725,）,图,713,变容管作为回路总电容全部接入回路,在上式中,若,=2,则得：,（,726,）,一般情况下,2,将式（,725,）可以,展开成幂级数,振荡频率随时间变化的曲线如图,714(b),所示。,图,714,变容管线性调频原理,调频灵敏度可以通过调制特性或式（,727,）求出。根据调频灵敏度的定义,有,（,729,）,二次谐波失真系数可用下式求出,:,(728),图,715,加在变容管上的电压,特点,Cj,作为回路总电容的直接调频电路中，输出频偏大，,调制灵敏度高,。,调频振荡器的中心频率由,C,Q,直接决定，而,C,Q,随温度、电源电压的变化而变化，会造成,振荡频率稳定度下降,。,荡回路的高频电压完全作用于变容管上，使变容管的结电容受到直流偏置电压、调制电压和振荡高频电压的共同控制。变容管的电容值应由每个高频周期内的,平均电容,来确定。会产生寄生电容。,图,716,变容管等效电容随高频电压振幅和偏压的变化,(a,）,j,随,U,1,变化曲线,;,（,b,）,C,j,随,E,变化曲线,（,2,）,C,j,作为回路部分电容接入回路。,在实际应用中,通常,2,C,j,作为回路总电容将会使调频特性出现非线性,输出信号的频率稳定度也将下降。,通常利用对变容二极管,串联或并,联,电容的方法来调整回路总电容,C,与电压,u,之间的特性。,图,717,就是变容管部分接入回路的情况。这样,回路的总电容为,（,730,）,图,717,部分接入的振荡回路,振荡频率为,式中,从式（,732,）可以看出,当,C,j,部分接入时,其最大频偏为,（,733,）,图,718,C,j,与固定电容串、并联后的特性,图,716,变容二极管直接调频电路举例,（,a,）,实际电路,;,（,b,）,等效电路,2,.,晶体振荡器直接调频电路,变容二极管（对,LC,振荡器）直接调频电路的中心频率,稳定度较差,。,为得到高稳定度调频信号,须采取稳频措施,如增加自动频率微调电路或锁相环路。稳频的简单方法是直接对,晶体振荡器调频,。,图,720,晶体振荡器直接调频电路,（,a,）,实际电路,;,（,b,）,交流等效电路,图,720,（,a,）,为变容二极管对晶体振荡器直接调频电路,图（,b,）,为其交流等效电路。,此电路为,并联型晶振皮尔斯电路,其稳定度高于密勒电路。其中,变容二极管相当于晶体振荡器中的,微调电容,它与,C,1,、,C,2,的串联等效电容作为石英谐振器的负载电容,C,L,。,此电路的振荡频率为,（,734,）,皮尔斯振荡器的工作频率应由,C,1,、,C,2,、,C,3,及晶体构成的回路决定,3.,张弛振荡器直接调频电路,调制信号控制恒流源发生器,当调制信号为零时,恒流源输出电流为,I,;,当有调制电压时,输出电流为,I,+,I,(t),I,(t),与调制信,号成正比。,图,721,三角波调频方框图,图,722,电压比较器的迟滞特性和输入、输出波形,7.3.2,间接调频电路,1,、回路参数移相电路,图,724,是一个变容二极管调相电路。将受调制信号控制的变容管作为振荡回路的一个元件。,L,c1,、,L,c2,为高频扼流圈,分别防止高频信号,进入直流电源及调制信号源中。,高,Q,并联振荡电路的电压、电流间相移为,（,735,）,图,724,单回路变容管调相器,当,/6,时,tan,上式简化为,设输入调制信号为,U,cos,t,其瞬时频偏,(,此处为回路谐振频率的偏移,),为,（,736,）,当,/6,时,tan,上式简化为,（,737,）,（,735,）,2,、,RC,网络移相电路,图,725,三级回路级联的移相器,3,、可变时延法调相电路,比较器输出的脉冲就是时延受已积分的调制信号电压调变的,调相脉冲,，它和载波脉冲之间的时延差为,:,