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6.1 6.1 引 言6.2 6.2 调角波的性质6.3 6.3 调频信号的产生6.4 6.4 调频电路6.5 6.5 调频信号的解调6.6 6.6 限幅器6.7 6.7 调制方式的比较6.8 6.8 集成调频、鉴频电路芯片介绍本章内容返回总目录第1页/共78页本章重点与难点本章重点与难点（一）本章重点（一）本章重点 1 1）调频的概念以及调频信号的基本性质及）调频的概念以及调频信号的基本性质及特点特点 2 2）变容二极管调频电路及典型电路分析；）变容二极管调频电路及典型电路分析； 3 3）电抗管调频电路及典型电路分析；）电抗管调频电路及典型电路分析； 4 4）晶体振荡器调频电路；）晶体振荡器调频电路； 5 5）调频信号的产生及调频波的频谱；）调频信号的产生及调频波的频谱； 6 6）鉴频的概念，相位、比例鉴频器。）鉴频的概念，相位、比例鉴频器。（二）本章难点（二）本章难点 1 1）调相的概念与调相波形）调相的概念与调相波形 2 2）相位鉴频器）相位鉴频器第2页/共78页6.1 6.1 引 言一、调制一、调制 FMFM : : 用用调制信号控制载波信号的频率调制信号控制载波信号的频率, ,使载波信号频率随调制信号而变使载波信号频率随调制信号而变, ,称为频称为频率调制或调频；率调制或调频； PM PM : : 用用调制信号控制调制信号控制载波信号的相位载波信号的相位, ,使使载波信号的相位随调制信号而变，载波信号的相位随调制信号而变，称称为相位调制或调相。为相位调制或调相。 在这两种调制过程中，在这两种调制过程中，载波信号的幅度都保持不变，而频率的变化和相位载波信号的幅度都保持不变，而频率的变化和相位的变化都表现为相角的变化，的变化都表现为相角的变化，因此，把调频和调相统称为角度调制或调角。因此，把调频和调相统称为角度调制或调角。第3页/共78页第4页/共78页 一个固定频率的等幅载波一个固定频率的等幅载波 载波信号的幅度；载波信号的幅度； 载波信号的角频率；载波信号的角频率； 载波信号的初相角。载波信号的初相角。在时间间隔在时间间隔 内，内， 相角改变相角改变 ，当当t t足够小时，角频率就是足够小时，角频率就是 (6-3)(6-3)mccos()uUtmUcd ( )( )dttt( )( )dttt12)(t12ttt二、调频和调相统称为调角的原因二、调频和调相统称为调角的原因第5页/共78页用旋转矢量在横轴上的投影表示高频信号，用旋转矢量在横轴上的投影表示高频信号，有有 （6-46-4） 将式（将式（6-36-3）代入式（）代入式（6-46-4）中得）中得 （6-56-5） 这说明了无论角频率的变化或相角的变化都可以归结为式（这说明了无论角频率的变化或相角的变化都可以归结为式（6-56-5）中载波角度）中载波角度 也即也即 的变化，这正是调频与调相统称的变化，这正是调频与调相统称“角度调制角度调制”的原因。的原因。m( )cos ( )u tUtm( )cos( )du tUtt)(t( )dtt第6页/共78页第7页/共78页图图6-3 6-3 调频波的波形示意图调频波的波形示意图图图6-4 6-4 调相波的波形示意图调相波的波形示意图第8页/共78页6.2 6.2 调角波的性质调角波的性质一、调频及其数学表示式一、调频及其数学表示式二、调相及其数学表达式二、调相及其数学表达式三、调频与调相的关系三、调频与调相的关系四、调角波的频谱四、调角波的频谱五、调角信号的频带宽度五、调角信号的频带宽度六、调角信号频谱与调制信号的关系六、调角信号频谱与调制信号的关系第9页/共78页一、调频及其数学表示式一、调频及其数学表示式ccfcfmc( )( )( )coscosttK utK Uttm( )cosutUtcmc( )cosu tUt设调制信号为设调制信号为载波信号为载波信号为（6-76-7） 是由调制信号是由调制信号 所引起的角频率偏移，所引起的角频率偏移，称频偏或频移。它与调制信号成正比，称频偏或频移。它与调制信号成正比，调频时，调频时，载波高频振荡的瞬时频率载波高频振荡的瞬时频率随调制信号随调制信号呈线性变化，呈线性变化，其比例系数为其比例系数为Kf 即即)(tu)(t式中，式中， 是是最大频偏。最大频偏。 第10页/共78页 将式（将式（6-76-7） 代入式（代入式（6-56-5）就得到调频信号的数学表达式，即有就得到调频信号的数学表达式，即有mc( )cos (cos)du tUttmccos(sin)Utt （6-86-8）c( )costt)(t的最大值称为最大频偏，用的最大值称为最大频偏，用 表示。表示。 m( )cos( )du tUtt第11页/共78页 叫叫调频波的调制指数，调频波的调制指数，以符号以符号mf 表示表示 它是最大频偏与调制信号角频率之比。它是最大频偏与调制信号角频率之比。mf 值可以大于值可以大于1 1（这与调幅波不同，调这与调幅波不同，调幅指数总是小于幅指数总是小于1 1的）。所以调频波的数学表达式为的）。所以调频波的数学表达式为 （6-116-11）fmmcf0, ( )cossinu tUtmtmcf( )cossinu tUtmt 若若第12页/共78页二、调相及其数学表达式二、调相及其数学表达式 对于调相波，其瞬时相位除了原来的载波相位对于调相波，其瞬时相位除了原来的载波相位 外，又附加了一个外，又附加了一个变化部分，这个变化部分与调制信号成比例关系，因此总的相角可表示为变化部分，这个变化部分与调制信号成比例关系，因此总的相角可表示为 （6-126-12） 称为调相指数，以符号称为调相指数，以符号 mp 表示，表示， 即即 将式（将式（6-126-12） 代入式代入式 ct cpmcosttK UtpK UppmmK UmcpcoscosuUtmt（6-146-14）m( )cos ( )u tUt第13页/共78页图图6-3 6-3 调频波的波形示意图调频波的波形示意图图图6-4 6-4 调相波的波形示意图调相波的波形示意图第14页/共78页三、调频与调相的关系三、调频与调相的关系1) 1) 两者在相位上相差两者在相位上相差 ?2) 调制指数调制指数 调频时调制指数，调频时调制指数， 与调制信号的振幅成与调制信号的振幅成正比，正比，而与调制频率而与调制频率成反比。成反比。 调相时调制指数，调相时调制指数，它它与调制信号的振幅成与调制信号的振幅成正比，正比，而与调制频率而与调制频率无关。无关。ppmK UfffK Um第15页/共78页3)3)最大频率偏移的比较最大频率偏移的比较 调频时，它的最大频偏调频时，它的最大频偏与调制信号的振幅成正比，与调制信号的振幅成正比，而与调制信号而与调制信号频率无关。频率无关。 调相时的最大频偏调相时的最大频偏 不仅与调制信号的振幅成正比，不仅与调制信号的振幅成正比，而且还和调制而且还和调制信号的角频率成正比。信号的角频率成正比。 调相时，因调相波相位变化，必然产生频率变调相时，因调相波相位变化，必然产生频率变化。此时角频率的瞬时值为化。此时角频率的瞬时值为ffmK UpPPmmK U d ( )d( )ddttttcp(cos)tmtcpsinmt cpsint第16页/共78页图图6-5 6-5 和和 随随 的变化关系的变化关系m第17页/共78页四、调角波的频谱四、调角波的频谱与有效频带宽度与有效频带宽度 设设 ，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页/共78页 m0f0( )()u tUJm cos t3f03f0()cos(3 )()cos(3 ).JmtJmt 第一对边频第一对边频 第二对边频第二对边频 第三对边频第三对边频2fc2fc() cos(2)() cos(2)JmtJmt1fc1fc() cos()() cos()JmtJmt 载频载频 第19页/共78页 这里，这里，n 均取正整数，均取正整数， 是以是以mf 为参量的为参量的n阶第一类贝塞尔函阶第一类贝塞尔函数，数， 、 等分别是等分别是以以mf 为参量的零阶、一阶、二阶为参量的零阶、一阶、二阶第一类贝塞尔函数。第一类贝塞尔函数。 它们的数值可以查有关贝塞尔函数曲线（贝塞尔函数值与参量的关系）它们的数值可以查有关贝塞尔函数曲线（贝塞尔函数值与参量的关系）, ,或或直接查表。直接查表。1fJmfmJ2fnJm第20页/共78页图图6-6 6-6 贝塞尔函数曲线贝塞尔函数曲线第21页/共78页调角信号的有效频带宽度调角信号的有效频带宽度1) 1) 理论上，调角信号的边频分量是无限多的，也就是说，理论上，调角信号的边频分量是无限多的，也就是说，它的频谱是无限宽的。它的频谱是无限宽的。2) 2) 实际上，实际上，已调信号的能量绝大部分是集中在载频附近的一些边频分量上，已调信号的能量绝大部分是集中在载频附近的一些边频分量上，从某一边频起，它的幅度便非常从某一边频起，它的幅度便非常小。小。工程上习惯，凡是振幅小于未调制载波振幅的工程上习惯，凡是振幅小于未调制载波振幅的10%10%的边频分量可以忽略不计。的边频分量可以忽略不计。第22页/共78页有效的高低边频的总数等于有效的高低边频的总数等于 个，个，因此调频波的频谱有效宽度（频带宽度）为因此调频波的频谱有效宽度（频带宽度）为 ( 适用于适用于mf1的情况，也就是宽带调频的情况，也就是宽带调频)对于对于mf1,窄频带调频频谱宽度为窄频带调频频谱宽度为f221nmff2(1)BmFffmFf2()BfF f2BF第23页/共78页五、调角信号频谱与调制信号的关五、调角信号频谱与调制信号的关系系 1. 1. 保持保持 固定，改变固定，改变 时时 1) 1) 当当 （窄频带调频）（窄频带调频） 2) 2) 当当 增大时（即调制信号加强时），边频数目增多而频带加宽。这与调幅波的频谱结构有着根本的增大时（即调制信号加强时），边频数目增多而频带加宽。这与调幅波的频谱结构有着根本的区别。区别。 fmf1m fm第24页/共78页2. 2. 保持保持 固定，改变固定，改变 时时( (固定固定 ，改变改变F ) )1)1)调频指数：调频指数：2)2)边频数：边频数：3)3)频带宽度：频带宽度： ffffmFf22(1)nmff2(1)BmF第25页/共78页第26页/共78页第27页/共78页 调频波和调相波的平均功率与调幅波一样，也为载波功率和各边频功率之调频波和调相波的平均功率与调幅波一样，也为载波功率和各边频功率之和。由于调频和调相的幅度不变，和。由于调频和调相的幅度不变，所以调角波在调制后总的功率不变，只是将所以调角波在调制后总的功率不变，只是将原来载波功率中的一部分转入边频中去。原来载波功率中的一部分转入边频中去。所以载波成分的系数所以载波成分的系数 小于，小于，表示载波功率减小了。表示载波功率减小了。0fJm六、调角波的功率六、调角波的功率第28页/共78页 单音调制时，调频波和调相波的平均功率单音调制时，调频波和调相波的平均功率可由式（可由式（6-216-21）求得，此处调制系数的下角标）求得，此处调制系数的下角标略去，即略去，即 利用贝塞尔函数的性质，则调频波和调相利用贝塞尔函数的性质，则调频波和调相波的平均功率为波的平均功率为 可见，调频波和调相波的平均功率与调制可见，调频波和调相波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。前的等幅载波功率相等。22mav0L1( )2UPJmR)(2)(2)(222221 mJmJmJn2mavL12UPR第29页/共78页6.3 6.3 调频信号的产生调频信号的产生一、调频方法一、调频方法调频的方法和电路很多，最常用的可分为两大类：调频的方法和电路很多，最常用的可分为两大类：直接调频和间接调频直接调频和间接调频。1.1.直接调频：就是用调制电压直接去控制载频振荡器的频率，以产生调频信直接调频：就是用调制电压直接去控制载频振荡器的频率，以产生调频信号。号。 例如：被控电路是例如：被控电路是振荡器，那么，它的振荡频率主要由振荡回路电感振荡器，那么，它的振荡频率主要由振荡回路电感与电容与电容 C 的数值来决定。的数值来决定。第30页/共78页 若在振荡回路中加入可变电抗，并用低频调制信号去控制可变电抗的若在振荡回路中加入可变电抗，并用低频调制信号去控制可变电抗的参数，参数，即可产生振荡频率随调制信号变化的调频波。即可产生振荡频率随调制信号变化的调频波。 其调频电路原理，如图其调频电路原理，如图6-96-9所示。所示。 在实际电路中，可变电抗元件的类型有许多种，如变容二极管、电抗管、在实际电路中，可变电抗元件的类型有许多种，如变容二极管、电抗管、晶体振荡器、锁相环调频等，所以直接调频的方法很多。晶体振荡器、锁相环调频等，所以直接调频的方法很多。第31页/共78页第32页/共78页2.2.间接调频间接调频 就是保持振荡器的频率不变，而就是保持振荡器的频率不变，而用调制电用调制电压压去改变载波输出的相位，去改变载波输出的相位，这实际上是调相。由这实际上是调相。由于调于调相和调频有一定的内在联系，所以相和调频有一定的内在联系，所以只要附加一只要附加一个简个简单的变换网络，就可以从调相获得调频。单的变换网络，就可以从调相获得调频。所以所以间接间接调频，就是先进行调相，再由调相变为调频。调频，就是先进行调相，再由调相变为调频。二、调频电路的性能指标二、调频电路的性能指标调制特性调制特性 受调振荡器的频率偏移与调制电压的关系受调振荡器的频率偏移与调制电压的关系称为称为调制特性，调制特性，表示为表示为cff uf第33页/共78页 是调制作用引起的频率偏移，是调制作用引起的频率偏移， fc 为中心频为中心频率率调制灵敏度调制灵敏度S 调制电压变化单位数值所产生的振荡频调制电压变化单位数值所产生的振荡频率偏移称为调制灵敏度；率偏移称为调制灵敏度；若调制电压变若调制电压变化化 ，相应的频率偏移为，相应的频率偏移为 ，灵敏度，灵敏度S S 的表示式为的表示式为 显然，显然，S 越大，调频信号的控制作用越越大，调频信号的控制作用越强，越容易产生大频偏的调频信号。强，越容易产生大频偏的调频信号。 ufufSf第34页/共78页3 3最大频偏最大频偏 在正常调制电压作用下，所能达到的最在正常调制电压作用下，所能达到的最大频偏值以大频偏值以 表示，它是根据对调频指数表示，它是根据对调频指数 mf 的要求来选定的。的要求来选定的。通常要求通常要求 的数值在整个的数值在整个波段内保持不变。波段内保持不变。. .载波频率稳定度载波频率稳定度 虽然，调频信号的瞬时频率随调制信号虽然，调频信号的瞬时频率随调制信号在改变。但这种变化在改变。但这种变化是以稳定的载波（中心频是以稳定的载波（中心频率）为基准的。率）为基准的。如果载频稳定，接收机就可以如果载频稳定，接收机就可以正常地接收调频信号；若载频不稳，就有可能正常地接收调频信号；若载频不稳，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通常范围之外，使调频信号的频谱落到接收机通常范围之外，以致不能保证正常通信。以致不能保证正常通信。mfmf第35页/共78页 因此，对于调频电路，不仅要满足一定频偏因此，对于调频电路，不仅要满足一定频偏要求，而且要求，而且振荡中心频率必须保持足够高的频振荡中心频率必须保持足够高的频率稳定度，率稳定度，频率稳定度可用下式表示，即频率稳定度可用下式表示，即 -经过时间间隔后中心频率的偏移值经过时间间隔后中心频率的偏移值 -中心频率。中心频率。 cff频率稳定度时间间隔fcf第36页/共78页6.4 6.4 调频电路调频电路一、变容二极管调频电路变容二极管调频电路 用变容二极管实现调频，电路简单，性能用变容二极管实现调频，电路简单，性能良好，是目前最为广泛使用的一种调频电路。良好，是目前最为广泛使用的一种调频电路。 1.1.变容二极管变容二极管 变容二极管是利用半导体变容二极管是利用半导体PN 结的结电容结的结电容随随外加反向电压而变化这一特性，外加反向电压而变化这一特性，所制成的一所制成的一种半导体二极管。种半导体二极管。 它是一种电压控制可变电抗元件。它是一种电压控制可变电抗元件。变容二变容二极管与普通二极管相比，所不同的是极管与普通二极管相比，所不同的是在反向电在反向电压作用下的结电容变化较大压作用下的结电容变化较大. .第37页/共78页图图6-10 6-10 变容二极管的表示符号及其等效电路变容二极管的表示符号及其等效电路第38页/共78页 变容二极管的电容变容二极管的电容C 随着所加的反向偏压随着所加的反向偏压U 而变化。而变化。 图图6-116-11是我们用是我们用C-V 特性测试仪特性测试仪对变容二极管对变容二极管2 2CC1313C 进行实测所绘制的进行实测所绘制的 CU 特性曲线。可知，反偏压越大，则电容越小。这种特性可表示为特性曲线。可知，反偏压越大，则电容越小。这种特性可表示为nUUAC)(,第39页/共78页第40页/共78页变容二极管调频原理变容二极管调频原理 由于变容二极管接在振荡器回路中，其结由于变容二极管接在振荡器回路中，其结电电容成为回路电容的一部分。容成为回路电容的一部分。 当调制电压加在变容二极管上当调制电压加在变容二极管上使加在变容二极管上的反向电压受使加在变容二极管上的反向电压受u控制控制从而使得变容二极管的结电容受从而使得变容二极管的结电容受u控制控制则回路总电容则回路总电容C也要受也要受u控制控制最后使得振荡器的振荡频率受最后使得振荡器的振荡频率受u控制，控制，即瞬即瞬时时频率随频率随u的变化而变化。的变化而变化。第41页/共78页 由变容二极管的电容和电感组成振荡器的由变容二极管的电容和电感组成振荡器的谐振电路，其谐振频率近似为谐振电路，其谐振频率近似为 在变容二极管上加一固定的反向直流偏在变容二极管上加一固定的反向直流偏压压 和调制电压和调制电压 （图（图6-126-12），则变容），则变容二极管电容量将随二极管电容量将随 改变，通过二极管改变，通过二极管的变容特性（图的变容特性（图6-126-12）可以找出电容）可以找出电容时间的变化曲线（图时间的变化曲线（图6-126-12）。）。偏Uuu12fLC第42页/共78页 此电容此电容 C 由两部分组成，一部分是由两部分组成，一部分是 为固定值；另一部分是为固定值；另一部分是 为变化值为变化值 ， 是变化部分的幅度，则有是变化部分的幅度，则有 0mcosCCCtmcosCt0CmC0m12(cos)fL CCt第43页/共78页 在在 1 1 的条件下，将上式用二项的条件下，将上式用二项 式定理展开，并略去平方项以上各项，可式定理展开，并略去平方项以上各项，可 得得m0012(1cos)fCLCtCm0CCmcc01cos2CffftCcff 第44页/共78页 式中式中 mc01cos2CfftC c012fLC是频率的变化部分是频率的变化部分fmc012CfC是变化部分的幅值，称为频偏。是变化部分的幅值，称为频偏。 式式中的负号表示当回路电容增加时，中的负号表示当回路电容增加时，频率是减小的。频率是减小的。 fc 称为中心频率称为中心频率 第45页/共78页第46页/共78页 比较图（图比较图（图6-12 a6-12 a）及图（图）及图（图6-12 e6-12 e），），可见频率是在随调制电压而变，可见频率是在随调制电压而变，从从 而实现了调频。而实现了调频。 由以上分析可知，因为变容二极管势垒电容随反向偏压而变，如果将变容由以上分析可知，因为变容二极管势垒电容随反向偏压而变，如果将变容二极管接在谐振回路两端，使反向偏压受调制信号所控制，这时回路电容有一二极管接在谐振回路两端，使反向偏压受调制信号所控制，这时回路电容有一部分按正弦规律变化，必然引起振荡频率作相应的变化。部分按正弦规律变化，必然引起振荡频率作相应的变化。第47页/共78页 它以它以 为中心作上下偏移，其偏移大小为中心作上下偏移，其偏移大小（频偏）与电容变化最大值（频偏）与电容变化最大值 成比例。成比例。所以回路的振荡频率是随调制信号变化所以回路的振荡频率是随调制信号变化的，这就是变容二极管调频的基本原理。的，这就是变容二极管调频的基本原理。 由于由于 和和 两条曲线并不是两条曲线并不是成成 正比的，最后得到的正比的，最后得到的 曲线形状将不与曲线形状将不与 曲线完全一致，这就意味着调制失真。曲线完全一致，这就意味着调制失真。 mCcfuc fc tf tu第48页/共78页 失真的程度不仅与变容二极管的变容特性有关，而且还决定于调制电压的大小。失真的程度不仅与变容二极管的变容特性有关，而且还决定于调制电压的大小。显然，调制电压愈大，显然，调制电压愈大，则失真愈大。为了减小失真，调制电压不宜过大，但也不宜太小，因为太小则频移太小。实际上应兼顾二则失真愈大。为了减小失真，调制电压不宜过大，但也不宜太小，因为太小则频移太小。实际上应兼顾二者，一般取调制电压比偏压小一半多，即者，一般取调制电压比偏压小一半多，即m0.5uU偏第49页/共78页3.3.小频偏变容二极管调频器的分小频偏变容二极管调频器的分析析 小频偏调制，小频偏调制，大多用于无线电调频大多用于无线电调频广播、电视台的伴音广播、电视台的伴音系统和小容量无线多系统和小容量无线多路通信设备。路通信设备。 它们的频偏范围它们的频偏范围约在几十千赫到几百约在几十千赫到几百千赫。千赫。 图图6-13 6-13 变容二极管部分变容二极管部分 部分部分接入接入振荡电路振荡电路第50页/共78页分析思路分析思路 1) 1)在未加调制信号时在未加调制信号时回路总电容回路总电容 2d0210112d02d0(1)1CCCCCCCCCCC)11 (211nnC ,121CCn 22d0CnC式中，式中， n1 和和n2 是电容的接入系数是电容的接入系数 d00nCAU未加调制信号时未加调制信号时的结电容的结电容 （6-326-32） 第51页/共78页2) 2) 当加入调制信号后，回路总电容当加入调制信号后，回路总电容 当加入调制信号后，这当加入调制信号后，这时变容二极管的等效电容为时变容二极管的等效电容为Cd ，回路总电容为，回路总电容为d21d2CCCCCC第52页/共78页3) ) 回路总电容变化量回路总电容变化量 00CCCd2d0211d2d02CCCCCCCCCCdd02d2d02CCCCCCC222dd01111CCCCC分析上式，只有分析上式，只有C2 / /Cd 是随调制信号变化的。是随调制信号变化的。 （6-336-33）第53页/共78页 经变换经变换( (展开成幂级数，再利用三角关系展开成幂级数，再利用三角关系, ,由于是小频偏情况由于是小频偏情况) )可得总电容变化量为可得总电容变化量为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页/共78页4)4)总电容总电容C变化引起频率的变化变化引起频率的变化 总电容变化使它偏离未调制时总电容总电容变化使它偏离未调制时总电容C0 的值的值为为 ，这时所引起的高频振荡角频率，这时所引起的高频振荡角频率 偏离偏离值为值为 ，根据根据LC振荡原理，有振荡原理，有cc01LCc0000011111LCLCCL CCC上式两边同除以上式两边同除以 得得cc00111CC0C第55页/共78页 小频偏时，小频偏时， ，上式可简化为，上式可简化为20cc220c2()11(1)(1)CC 00c2CC 0c012CC 或或 （6-316-31）c第56页/共78页5) 谐振回路频偏谐振回路频偏 与调制电压的变化规与调制电压的变化规律律 将式（将式（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页/共78页 令令 )1)(1 (2112212nnnnnKc( ,)KF n mc( ,)fKF n mf则则 即即 c0123(coscos2cos3)fKfAAtAtAt （6-446-44） 第58页/共78页6) 结论结论 (1) (1) 在瞬时频率的变化中，含有与调制信号在瞬时频率的变化中，含有与调制信号成线成线性关系的成分，其最大偏移为性关系的成分，其最大偏移为 此外，还有与调制信号的二次、三次等谐波成分成此外，还有与调制信号的二次、三次等谐波成分成线性线性关系的成分，其最大偏移为关系的成分，其最大偏移为 另外还有中心频率相对于未调制时的载波频另外还有中心频率相对于未调制时的载波频率率产生的偏移为产生的偏移为211cc18(1)(2)8fKA fnmn nnmKf222cc1(1)4fKA fnm Kf333cc1(1)(2)24fKA fn nnm Kf2c0cc1(1)4fKA fn nm Kf第59页/共78页 ( () )为了使调制线性良好，应尽可能减小为了使调制线性良好，应尽可能减小频频 率调制的非线性失真率调制的非线性失真( ( 和和 ) ) 以及以及 ( (它它是引起中心频率不稳定的一种是引起中心频率不稳定的一种因素因素) )。也就是希望也就是希望m 值愈小愈好（即减小调制信号），但是值愈小愈好（即减小调制信号），但是有用频偏有用频偏 也同也同时减小。为了兼顾频偏时减小。为了兼顾频偏 和减小非线性失真要求，和减小非线性失真要求，m 值多取在值多取在0.50.5或或0.50.5以下。以下。2f3fcf1f1f第60页/共78页4.4.利用变容二极管调频的原理电路举利用变容二极管调频的原理电路举例例 1) 1)电路电路6-146-14（a a）利用变容二极管调频的原理电路）利用变容二极管调频的原理电路 第61页/共78页2）分析思路）分析思路（1 1）变容二极管上需加固定偏压及）变容二极管上需加固定偏压及u（2 2）变容二极管是高频振荡电路的一部分）变容二极管是高频振荡电路的一部分 C2对音频和直流容抗大，可看作开路对音频和直流容抗大，可看作开路 音频时等效电路？音频时等效电路？ 高频时等效电路？高频时等效电路？第62页/共78页 V1是音频放大器，是音频放大器， V2是高频振荡器是高频振荡器, L、C1、 C2 、 Cd 组成振荡槽路，其中组成振荡槽路，其中C1代表代表槽路电容的固定部分，槽路电容的固定部分， Cd 是变容二极管的电容。是变容二极管的电容。 C2是变容二极管和槽路之间的耦合电容，是变容二极管和槽路之间的耦合电容，对直对直流和音频而言，流和音频而言， C2 是开路，以防止是开路，以防止 Cd 上的直流上的直流偏压和音频电压对振荡电路的影响，对高频而言，偏压和音频电压对振荡电路的影响，对高频而言， C2与与Cd串起来作为槽路的一部分。串起来作为槽路的一部分。 Rc是音频放大器的集电极负载电阻。是音频放大器的集电极负载电阻。 3) 元器件作用元器件作用第63页/共78页 ZL是高频扼流圈，是高频扼流圈，对直流及音频而言，对直流及音频而言， ZL阻抗可以忽略不计，阻抗可以忽略不计，故故Rc上的直流及音频电上的直流及音频电压可以加到变容二极管上，其中直流电压就作压可以加到变容二极管上，其中直流电压就作为变容二极管的直流偏压，音频电压用来改变为变容二极管的直流偏压，音频电压用来改变Cd 的容量。的容量。对高频而言，相当于开路，从而防对高频而言，相当于开路，从而防止了高频对音频电路的影响。止了高频对音频电路的影响。 值得提出的是加于变容二极管上的电压值得提出的是加于变容二极管上的电压有三个，它们的大小应是这样的关系：为了避有三个，它们的大小应是这样的关系：为了避免高频电压对二极管电容的作用，高频电压应免高频电压对二极管电容的作用，高频电压应比音频电压小得多；为了减小失真，音频电压比音频电压小得多；为了减小失真，音频电压应比偏压小一半多。应比偏压小一半多。第64页/共78页问题问题：电容：电容C1可不可以不加，为什么要加可不可以不加，为什么要加C1？ 因为高频电路中存在分布电容，加大因为高频电路中存在分布电容，加大C1提高稳定性，但频偏减小。提高稳定性，但频偏减小。第65页/共78页 图图6-14 6-14 （a a）变容二极管调频原理电路）变容二极管调频原理电路第66页/共78页5 5）变容二极管其他调频电路）变容二极管其他调频电路 图图6-14 6-14 （b b）变容二极管其他调频电路）变容二极管其他调频电路第67页/共78页 图图6-14(b)6-14(b)所示电路，是我们设计的其中心频率为所示电路，是我们设计的其中心频率为36MHz的变容二极管调频电路。以三极管的变容二极管调频电路。以三极管V1为核心为核心构成西勒振荡器，音频电压经构成西勒振荡器，音频电压经C7耦合到变容二极管，改变其电容可实现调频，调频信号由耦合到变容二极管，改变其电容可实现调频，调频信号由C8送出。两变容送出。两变容二极管反向串联是为了减小高频电压对变容二极管电容的影响。二极管反向串联是为了减小高频电压对变容二极管电容的影响。第68页/共78页二、电抗管调频电路二、电抗管调频电路1. 1. 电抗管调频原理电抗管调频原理1 1）组成）组成: : 所谓电抗管，就是由一只晶体管或场效所谓电抗管，就是由一只晶体管或场效应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。应管加上由电抗和电阻元件构成的移相网络组成。 顾名思义，电抗管等效于一个电抗元件顾名思义，电抗管等效于一个电抗元件（电感或电容），不过，它与普通的电抗元件不（电感或电容），不过，它与普通的电抗元件不同，同，其参量可以随调制信号而变化。其参量可以随调制信号而变化。2 2）调频原理：）调频原理：将电抗管接入振荡器谐振回路，将电抗管接入振荡器谐振回路，在在低频调制信号控制下，电抗管的等效电抗就发生低频调制信号控制下，电抗管的等效电抗就发生变化，从而使振荡器的瞬时振荡频率随调制电压变化，从而使振荡器的瞬时振荡频率随调制电压而变，获得调频。而变，获得调频。第69页/共78页第70页/共78页2. 2. 等效电抗的推导等效电抗的推导 1 1）晶体管电抗管的等效电抗）晶体管电抗管的等效电抗 a. a. 等效电抗是一个电容等效电抗是一个电容 b. b. 等效电抗是一个电感（复习时推导）等效电抗是一个电感（复习时推导） 2 2）场效应管电抗管的等效电抗）场效应管电抗管的等效电抗第71页/共78页第72页/共78页第73页/共78页三、晶体振荡器调频电三、晶体振荡器调频电路路 变容二极管调频和电抗管调频的中心频率稳定度低，变容二极管调频和电抗管调频的中心频率稳定度低，是由于它们都是在是由于它们都是在 LC 振荡器上直接进行的。振荡器上直接进行的。而而 LC 振荡器频率稳定度较低，再加上变容管或振荡器频率稳定度较低，再加上变容管或电抗管各参数又引进新的不隐定因素，所以频率稳定性更差，一般低电抗管各参数又引进新的不隐定因素，所以频率稳定性更差，一般低于于 。4101第74页/共78页图图6-18 6-18 晶体振荡器直接调频原理晶体振荡器直接调频原理第75页/共78页 为了提高调频器的频率稳定度，可对晶体振荡器进行调频，因为石英晶体为了提高调频器的频率稳定度，可对晶体振荡器进行调频，因为石英晶体振荡器的频率稳定度很高，可做到振荡器的频率稳定度很高，可做到 。 所以，在要求频率稳定度较高，频偏不太大的场合，用石英晶体振荡器调所以，在要求频率稳定度较高，频偏不太大的场合，用石英晶体振荡器调频较合适。频较合适。 6101第76页/共78页图图6-19 6-19 晶体振荡器直接调频实际电路晶体振荡器直接调频实际电路图图6-196-19电路电路为为晶体直接调频实际电路晶体直接调频实际电路该该电路电路在完成晶体调频同时，兼有三倍频功能，在完成晶体调频同时，兼有三倍频功能，输出中心频率为输出中心频率为36MHz36MHz调频信号，增加了频偏。调频信号，增加了频偏。第77页/共78页感谢您的观看！第78页/共78页
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