高频直接调频电路

第十,八,讲 直接调制器电路,*,10/9/2024 11:15 AM,第,6,章 角度调制与解调,第十,八,讲,FM,调制器,*,10/9/2024 11:15 AM,第,6,章 角度调制与解调,旧版：第,7.2,7.3,章,调频方法与调频电路,6.2,调制器,1,间接调频：,对调制信号先积分后调相,(,f,C,较稳定，但是频偏小,),直接调频：,对振荡器直接进行频率调制,(,可获大频偏，但,f,C,不稳定,),请一班,5,位同学,:,实现,图,6-15,电路仿真,请二班,5,位同学,:,实现（旧版）,图,7-16,电路仿真,请三班,5,位同学,:,实现,图,6-29a,电路仿真,请四班,5,位同学,:,实现,图,6-29b,电路仿真,请五班,5,位同学,:,实现,图,6-27,电路仿真,2,压控振荡器的振荡频率随调制信号线性变化,，压控振荡器的中心频率即为载波频率,。,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。,直接调频法,3,1.,调制特性,要线性,调频电路输出电压的频率偏移与调制电压的关系（,f,V,）,一,.,调频电路的指标：,4,4.,相对,频偏, 1%,大频偏, 1%,小频偏,3.,中心频率,(,载波频率,),要稳定,2.,调制灵敏度：,),V,/,Hz,(,W,D,=,v,f,K,f,5,PN,结的电容效应,电容效应包括两部分,势垒电容,扩散电容,(,a,),PN,结加,正向电压,（,b,),PN,结加,反向电压,-,N,空间,电荷区,P,V,R,I,+,U,N,空间,电荷区,P,R,I,+,-,U,V,6,应满足：,|,V,Q,|,V,m,C,1,隔直作用,C,2,高频滤波电容,L,1,高频扼流圈,变容二极管直接调频电路,利用结电容受反向外加电压控制而变化来实现调频。,7,加在变容管上的电压,8,图,7-,13,变容二极管作为回路总电容的直接调频电路,9,140MHz,的变容管直接调频电路,150pF,10,L,1,与变容管,Cj,构成振荡回路并与晶体管,Q1,接成电感三点式,振荡电路。,变容管的直流电压偏置从正电源稳压电路中通过两个,470,W,电位器取出一部分提供，作为,V,Q,。,调制信号通过,1.7mH,的高频扼流圈,L,2,和两个,150pF,电容,C1,、,C2,接成的,p,型滤波网络加到变容管上。,11,两个对接的变容二极管部分接入的直接调频电路,（,1,）两个变容二极管串联后的总电容,（,2,）两变容二极管反向串联，对高频信号而言，加到两管的高频电压降低一半，可减弱高频电压对结电压的影响，另外在高频电压的任一半周内，一个变容管寄生电容增大，而另一个,减少，从而消弱寄生调制。,12,图示是一个电容式话筒调频发射机实例。,电容话筒在声波作用下，内部的金属薄膜产生振动，会引起薄膜与另一电极之间电容量的变化。如果把电容式话筒直接接到振荡器的谐振回路中，作为回路电抗就可构成调频电路。,13,电容式话筒振荡器是电容三点式电路，它利用了晶体管的极间电容。电容话筒直接并联在振荡回路两端，用声,波直接进行调频。,图（,b,）,是电容式话筒的原理图，金属膜片与金属板之间形成电容，声音使膜片振动，两片间距随声音强弱而变化，因而电容量也随声音强弱而变化。在正常声压下，电,容量变化较小，为获得足够的频偏应选择较高的载频。,14,这种调频发射机载频约在几十兆赫兹到几百兆赫兹之间。,耳语时，频偏约有,2kHz,；,大声说话时，频偏约,40kHz,左右；,高声呼喊时，频偏可达,75kHz,。,这种电路没有音频放大器所造成的非线性失真，易于获得较好的音质。这种调频发射机只有一级振荡器，输出功率小，频率稳定度差，但体积小，重量轻。,15,C,j,+ ,C,j,0,反向电压,v,= 0,时的结电容,V,D,PN,结内建电位差,(,很小,),电容的变化指数,变容二极管直接调频原理分析,C,j,v,W,16,C,jQ,当调制信号为：,=,g,W,g,W,+,+,+,),cos,1,(,),(,0,t,V,V,V,V,V,V,C,Q,D,m,D,Q,D,j,C,j,v,W,结电容的调制度,M,17,结电容的调制度,静态结电容,动态结电容,18,瞬时振荡角频率为,:,19,线性调制,调制特性分析,最大频偏,20,调制特性分析,利用函数展开幂级数,21,最大角频偏,中心频率偏移,调制灵敏度,22,例,调频振荡回路有电感,L,和变容二极管组成。,L,=2,m,H,变容二极管的参数为,：,(1),载波,f,c,(2),由调制信号引起的载波漂移,f,c,(3),最大频偏,f,m,(4),调频系数,k,f,(5),二阶失真系数,23,解,24,25,26,C3,为高频滤波电容,变容管部分接入振荡回路,27,动态结电容,C,1,、,C,2,的引入，使,C,j,对,回路总电容的影响减小，从而,c,的稳定性提高,28,C3,0.002uF,20pF,调频波输出,2,例：对图,6-15,所示的变容管直接调频电路。,1.,说明电路中各元件的作用；,2.,画出该调频振荡器的高频通路、变容管的直流通路和音频通路。,3.,若已知,u,(t,)=U,m,cos(2,10,4,t)(V),，变容管结电容,C,j,=80(U,Q,+u,)0.5(pF),调频指数,mf =5,，当,u,=0,时的振荡频率为,fc,=90MHz,，试求变容管所需的直流偏置电压,U,Q,，调频波的最大频偏,f,m,以及调制信号的振幅,U,m,。,29,(,1,),R,1,、,R,2,、,R,3,、,R,4,为晶体管提供直流偏置和直流通路，,R,4,、,R,5,、,R,6,、,R,7,为变容管提供直流反偏置和直流通路；,1000pF,，,0.001,m,F,、,0.002,m,F,均为高频旁路电容，即高频交流通路；,47,m,H,为高频扼流图，对高频近似开路，对直流、低频近似短路；,47,m,F,为隔直电容，对低频近似短路；,C,1,、,C,2,、,C,3,、,C,4,、,C,5,、,C,j,和电感,L,1,与晶体管,Q1,构成电容三点式振荡器；,L,1,、,L,2,互感耦合输出,v,FM,。,C3,0.002uF,20pF,调频波输出,2,解,30,(2),高频通路,31,(3),32,33,34,3.,晶体振荡器直接调频电路,在要求调频波,中心频率稳定度高,，而,频偏较小,的场合，,可采用变容二极管,+,晶体直接调频电路。,35,注意：晶体在电路中呈现为一个等效电感，,故只能工作于晶体的串联谐振频率,f,q,与并联谐振频率,f,p,之间,，而,f,q,与,f,p,之间的频率变化范围只有,量级，再加上,C,j,的串联，晶体的,可调振荡频率更窄,。,扩大频偏的方法有两种：,晶体支路中串接小电感；,利用,型网络进行阻抗变换来扩展晶体呈现感,性的工作频率范围。,36,4.,集成电路,MC2833,37,4.,集成电路,MC2833,MC2833,是单片调频发射集成电路,38,39,f,i,(t,),晶振,PD,LF,VCO,f,o,(t,),调频波,f,(t),调制信号,+,5.,用锁相实现调频,能够得到中心频率高度稳定的调频信号,当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字脉冲时，可产生移频键控调制（,FSK,信号）,调制信号作为,VCO,控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此在输出端得到已调频信号。,40,间接调频法,高稳定度,载波振荡器,相位,调制器,积分,电路,多级倍频,和混频器,宽带,窄带,采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再,对这个稳定的载频信号进行调相,，这样一来就可得到中心频率稳定度高的调频信号。,41,42,高稳定度,载波振荡器,相位,调制器,积分,电路,多级倍频,和混频器,宽带,窄带,在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。但在实现线性调相时，,要求最大瞬时相位偏移,m,30,，因而线性调相的范围很窄。,因此，转换成的调频波的最大频偏,f,m,很小，即：,m,f,1,，这是间接调频法的主要缺点。,但最大频偏小的缺点可以通过,多级倍频器,后获得符合要求的调频频偏，另外,采用混频器,变换频率可以得到符合要求的调频波工作范围。,43,R,1,R,2,R,3,R,4,C,1,C,2,C,3,C,4,C,j,L,载波输入,间接调频的关键电路是,调相器,.,高稳定度,振荡器,调相器,积分器,如果忽略二次方以上各项，可得回路的谐振频率为,：,将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极管调相电路。,C,j,L,U,Q,=9V,载波输入,调相波,输出,回路的频率偏移为：,在高,Q,值及谐振回路失谐不大的情况下，并联,LC,谐振回路电压和电流间的相位关系为：,调相波,输出,载波输入,44,调相波,输出,O,o,幅频特性,/6,-,/6,当,/6(,或,30,o,),时，,tan,可得,:,表明,:,单级,LC,谐振回路在满足,/6,（,30,o,）,的条件下，回路输出电压的相移是与输入调制电压,u,(,t,),成线性关系的。,如果将调制电压,u,(,t,),先积分后再加在变容二极管上，则单级,LC,谐振回路输出电压的瞬时频率,(t),就与输入调制电压,u,(,t,),成线性关系，即可实现对调制电压,u,(,t,),的间接调频。,45,图,7-24.,实用变容二极管调相电路,由晶体管组成单,LC,回路调谐放大电路，电感,L,、,电容,C,1,、,C,2,与变容管,C,j,组成并联谐振回路；,C,3,、,C,4,、,C,5,为耦合电容；,L,Z,为高频扼流圈，以防高频载波被调制信号源旁路,;,R,5,、,R,6,对电源,E,C,分压后为变容二极管提供静态偏置电压,U,Q,。,放大的载波信号经,C,3,耦合输入，调制信号经,C,5,耦合输入，调相信号经,C,4,耦合输出。如果将调制电压,u,(,t,),先积分后再输入，那么从,C,4,耦合输出的信号就是对调制电压,u,(,t,),的间接调频波。,载波输入,u,FM,(,t,),R,5,R,1,R,3,R,4,R,3,C,b,C,1,C,j,C,3,C,2,C,4,C,5,L,L,Z,E,C,R,6,C,e,+,U,Q,-,46,注意图中,470k,和三个,0.002F,的并联电容组成的电路满足积分器的条件，因此加到三个变容二极管上的电压为调制电压的积分，所以该电路的输出是调频信号，实现了间接调频的目的。,图示为三级单回路变容二极管调相电路。这样使该电路总的相移近似三个回路的相移之和，为,47,2.,改善频偏的方法,最大线性频偏,是频率调制器的主要质量指标。在实际调频设备中，需要的最大线性频偏往往不是简单的调频电路能够达到的，因此，如何扩展最大线性频偏是设计调频设备的一个关键问题。,则当该调频波通过倍频次数为,n,的倍频器时，它的瞬时角频率将增大,n,倍，变为,可见，倍频器可以不失真的将调频波的载波角频率和最大角频偏同时增大,n,倍。,一个调频波，若设它的瞬时振荡角频率为,48,如果将该调频波通过混频器，则由于混频器具有频率加减的功能，因而，可以使调频波的中心角频率降低或者增高，但不会引起最大角频偏变化。,可见，混频器可以在保持调频波最大角频偏不变的条件下增高或降低中心角频率，换句话说，,混频器可以不失真的改变调频波的相对角频偏。,换句话说，,倍频器可以在保持调频波的相对角频偏不变的条件下成倍的扩展其最大角频偏。,49,50,作业,:,(,新版,:P249),6-5(1),6-6,6-7(1)(2),6-9,51,