《角度调制电路》PPT课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高频电子线路,退出,下页,上页,首页,哈尔滨工程大学,第七章 角度调制电路,第一节 概述,第二节 调角波的基本性质,第三节 调频方法的概述,第四节,变容二极管调频电路,第五节,石英晶体振荡器直接调频,第六节 调相电路,主要内容：,第一节 概述,高频振荡的振幅不变，而角度随调制信号 按一定关系变化。,二、角度调制的优点与用途,1.优点,:,抗干扰能力强，载波功率利用系数高。,2.作用,:,调频主要用于调频广播、广播电视、通信与遥控遥测等。调相主要用于数字通信。,高频振荡的振幅不变，而其瞬时频率随调制信号 线性关系变化，这样的已调波称为调频波，常用FM表示。,高频振荡的振幅不变，而其瞬时相位随调制信号 线性关系变化。这样的已调波称为调相波，常用PM表示。,角度调制分为相位调制和频率调制两类，统称为调角。,一、角度调制电路的功能与分类,1.角度调制,2.角度调制的分类,3.相位调制,4.频率调制,第二节 调角波的基本性质,一、调角波的数学表示式,1.调相波,数学表示式,振幅不变,瞬时相位,瞬时角频率,式中，为比例常数，单位是rad/v。,设载波振荡信号电压为 其中 为载波振幅，为载波角频率。,调制信号,调相波的一般表示式,根据调相波的定义,根据调频波定义,振幅不变,瞬时角频率,瞬时相位,式中，为比例常数，单位是rad/sv,调频波的一般表示式,2.调频波,的数学表示式,设载波振荡信号电压为 其中 为载波振幅，为载波角频率。,调制信号,二、调角波的基本性质,调频波的调频指数,调制指数的定义,调角波的,最大相移,定义为调制指数。,调相波的调相指数,2.调角波的最大频移,调相波的最大频移,调频波的最大频移,1.调角波的调制指数,3.调相波与调频波的比较下表,调相波,调频波,数学表示式,瞬时相位,瞬时角频率,最大相移,最大频移,若已知调制信号,载波信号为,。,4、,单音频调角信号的性质,调相波数表示式,：,调相波数表示式,:,结论,:调相波,与调制信号频率,无关，最大频移 与调制信号频率成正比；,调频波的,与调制信号频率,成反比，最大频移 与调制信号频率无关。,调相波和调频波的最大频移 均等于调制指数,m,与调制频率,的乘积。,即,式中，可展开为傅里叶级数,其中，,n,为正整数，是以 为参数的,n,阶第一类贝塞尔函数。,载频,第一对边频,第二对边频,三、调角波的频谱,1、,单频调制时，调相波与调频波的数学表示式相似，它们具有相同的频谱，故,分析时以单频调制的调频波为例进行说明,2、,调制信号是 的调频波为,第一类贝塞尔函数曲线,实际应用中，由于边频分量的振幅与,有关，而 在 一定时，随n的增,加，的数值虽有起伏，但总趋势是减小。,当 时，数值很小。如图所示。所以忽略,振幅小的边频分量，频谱宽度就为有限值。,各边频分量的振幅取决于 ，而 与 有关。,注意：对于调相波，其频谱结构与调频波相似。,3、调频波频谱的特点,以载频 为中心，由无数对边频分量组成。它不是调制信号频谱的简单搬移。,理论上看，调角波的频谱包含无限多对边频分量，频谱宽为无限大。,4、调角波的频谱宽度,振幅比,边频次数,J,n,(0.5),J,n,(1),J,n,(2),J,n,(3),J,n,(4),J,n,(5),J,n,(6),J,n,(7),0,0.939,0.765,0.224,-,0.260,-,0.397,-,0.178,0.151,0.300,1,0.242,0.440,0.577,0.339,-,0.066,-,0.328,-,0.277,-,0.005,2,0.030,0.115,0.353,0.486,0.364,0.047,-,0.243,-,0.301,3,0.003,0.020,0.129,0.309,0.430,0.364,0.115,-,0.168,4,0.003,0.034,0.132,0.281,0.391,0.358,0.158,5,0.007,0.043,0.132,0.261,0.362,0.348,6,0.001,0.011,0.049,0.131,0.246,0.339,7,0.003,0.015,0.053,0.130,0.234,8,0.004,0.018,0.057,0.120,9,0.006,0.021,0.056,10,0.002,0.007,0.024,11,0.008,对于高质量的通信系统，以忽略振幅小于0.01,Ucm,的边频分,量决定频谱宽度。,若满足,则频谱宽为,B=2nF,式中，,F,为调制信号频率。,n可查表。,中等质量通信系统，以忽略振幅小于0.1,U,cm,的边频分量来决定频谱宽度当 时 恒小于0.1。因此有效频谱宽度为,四、角度调制电路的功能,1、调相电路的功能,将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调相波。,调相电路功能的频谱表示,输入输出频谱表示法,若输入调制信号 ，且载波信号为 时，其输出,调相波 。,调频电路功能的频谱表示,2、调频电路的功能,将输入调制信号和载波信号通过电路变换成高频调频波。,输入输出频谱表示法。,若输入调制信号 ，且载波信号为 时，其输出,调频波 。,第三节 调频方法概述,二、调频方法分类,调频方法可分为,直接调频,和,间接调频,两大类。,三、直接调频原理,1、,利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信号变化规律。,2、,实际应用中，是用调制信号去控制决定振荡器振荡频率的振荡回路的可变电抗值。,从而使振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性改变。,1、具有线性的调制特性,。即 。,4、未调制的载波频率,（即已调波的中心频率）应具有一定的频率稳定度。,5、无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。,3、最大频率偏移,与调制信号频率无关。,2、具有较高的调制灵敏度,。即 要大，单位调制电压产生的振荡频率偏移要大。,一、对调频电路的要求,间接调频原理方框图,1、由调频波的一般表示式,2、,将调制信号 先通过积分电路得到 ，然后进行相位调制，输出电压 对 是调频波,称其为间接调频。,3、,间接调频电路的载波振荡器可采用频率稳定度很高的晶体振荡器，其载波频,率稳定变高。,四、间接调频原理,第四节 变容二极管直接调频电路,一、变容二极管的特性,1、,变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压变化而变化的原理设,计的一种特殊二 极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极,管没有多大差别。,2、,变容二极管应用时，只能加反向电压。反向电压的变化能使变容,二极管结电容随其变化。,3、,变容二极管的反向电压与其结电容的关系为,式中，为PN结的势垒电压；为反向电压；为 时的结电容；为电容变化系数。,二、变容二极管直接调频电路的基本原理,2、,变容二极管是振荡回路的一个组成部分。加在变容二极管的反向电压为,式中，是加在变容二极管的直流偏置电压；为调制信号电压,LC正弦波振荡器,变容二极管和它的偏置电路,结电容随调制电压变化关系,3、,调制信号,反向电压为,变容二极管结电容 将在 的控制下随时间变化。则振荡器的振荡频率要随 变化。只要电路参数选取合适,是能够实现线性调频。,三、电路分析,1、在反向电压 作用下，变容二极管的电容值,变容二极管的结电容表示式,载波状态时变容二极管的结电容,载波状态时，,，则,调制状态时变容二极管的结电容,式中，为电容调制度。,振荡回路的等效电路,当振荡回路中的 未接入，较大时，即回路的总电容仅是变容二极管的结电容，,等效回路如图所示。调变容二极管上的高频电压很小，忽略其对变容二极管电容,量变化的影响。,瞬时振荡频率,为,式中：,为,时的载波频率。,2、变容二极管作为回路总电容实现调频,实现线性调频的条件,结论:当 时，能实现线性调频。,当 时，会产生什么影响？,通常 ，可以忽略三次方以上各项，则,由于 可以在 处展开成泰勒级数，得,结论:当变容二极管作为回路总电容时，调频波会产生中心频率偏离和非线性失真.会产生如下影响：,调频波的中心频率会产生偏移。其偏移量为,当调频电路要求的相对频偏较小时，,m,值很小，电路对,的要求不严格。,例如，调频广播 ，要求最大频偏 。,很小。对应中心频率偏移量和非线性失真量很小，,故对 的要求不严格。显然，当调频电路的相对频偏较大时，对 的要求就,应严格些。,调频波的最大频偏,调频波会产生非线性失真。其二次谐波失真最大频偏,变容二极管全部接入时(,作为回路总电容)调频电路的特点:,优点:,调频灵敏度高,频偏很大,缺点,:,中心频率稳定度不好,变容二极管作为回路总电容实现调频时，由于变容二极管的结电容随温度、偏置,电压的不稳会引起结电容变化。因此其中心频率稳定度差。,3、变容二极管部分接入振荡回路,变容二极管作为回路总电容的等效回路如图 所示。回路总电容 为,相应的调频特性方程为,与 是同数量级的小电容,四、应用举例,1、8MHz变容二极管调频振荡电路,8MHz变容二极管调频振荡电路,上,图是一个8MHz变容二极管调频振荡电路和高频等效电路。变容二极管的直流偏,压由 和电位器W组成分压电路供给。,偏置电压为-4V时，。而偏置电压由（0-8）V变化时，为（23060）PF。,调制信号通过 和高频扼流图ZL加到变容二极管上。加在变容二极管上电压为直流偏置电压与调制信号电压之和。,电路为电容三点式振荡电路，振荡频率为,电路中心频率为8MHz，最大线性频偏为200kHz。,其中,2、某通信机中的变容二极管调频电路,变容二极管调频振荡电路,高频扼流图 对直流和调制信号短路，而对载频开路。因而加在两个变,容二极管上的反向电压是相同的。,3、变容二极管直接调频电路的优缺点,优点：,电路简单，工作频率高，易于获得大的频偏。在频偏小时，非线性失真很小。所需调制信号功率很小。,缺点：,中心频率稳定度不高。频偏较大时，非线性失真较大。,上图所示是电容三点式振荡电路，通过变容二极管的电容变化实现调频。,本电路的特殊点是采用了两个变容二极管，并且同极性相对接的方式接入振荡回路。由于回路中两个二极管代替一个二极管，使得每个变容二极管两端的高频电压减小。这样就减小了高频电压对变容二极管总电容的影响。,第五节 石英晶体振荡器直接调频,一、,稳定调频振荡器中心频率的办法,1、对石英晶体振荡器进行直接调频；,2、采用自动频率微调电路；,3、利用锁相环路稳频。,二、晶体振荡器直接调频的主要形式,晶体振荡器采用变容二极管实现调频的形式有两种,1、变容二极管与并联型晶,体振荡器的晶体相串联,2、变容二极管与并联型晶,体振荡器的晶体相并联,三、实际电路举例,无论变容二极管的接入方式是与晶体串联或并联，晶体在电路中必须等效为电感。因此，振荡频率的变化范围要小于 。其,最大频偏,最大相对频偏,由于 ，故,最大相对频偏很小,。,第六节 调相电路,一、调相方法的分类,1、可变移相法调相；,2、可变时延法调相；,3、矢量合成法调相。,2、基本原理,将载波振荡信号通过一个受调制信号电压控制的相移网络，即可实现调相。,可控相移网络有多种实现电路，其中应用最广的是由变容二极管组成的相移网络，,例如由电感L和变容二极管组成的单调谐回路。,1,、组成方框图,二、可变移相法调相电路,晶体,振荡器,可控移,相网络,调相波,下图所示是变容二极管单调谐回路调相电路。其中可控相移网络是由变容,二极管和电感L组成的单调谐回路，谐振频率的控制是由调制信号,来实现。,频率为 的载波信号通过谐振频率受调制信号电压控制的单调谐回路，,只有在调谐回路的谐振频率等于 时，不产生附加相移。通过不等于,的谐振频率的回路都会产生附加相移。因此输出信号的相移受调制信,号控制。,当调制电压 时，变容二极管反向电压 。变容二极管的结电容 与L组成谐振频率为 的谐振回路。其相频特性如图曲线所示，对载频输入信号，其输出电压附加相移为零。,当 时，变容二极管反向电压加大，结电容减小，L与 组成谐振回路的谐,振频率增大。其相频特性如图曲线所示。对输入为 的载频信号