第7章 模拟调制与解调

1、第 7 章 模拟调制与解调 复旦大学电子工程系 陈光梦 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 2 概 述 l调制与解调 使高频信号（载波）的某一个或几个参量（幅度、频率、 相位）按照频率较低的信息信号的变化规律改变，称为调 制。调制后的高频信号称为已调波。从已调波中将原来的 信息信号恢复出来称为解调。 l调制与解调的目的 提高信息信号的频率，使它能够通过无线电波传输； 改变信息信号占用的频带，充分利用整个无线电频谱宽度。 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 3 l从载波改变的参量区分，可将调制形式分为幅度调制、频 率调制、相位调制以及几种调制形式的混合

2、；从信息信号 和已调波信号的频谱关系区分，可以将调制形式分为线性 频谱变换和非线性频谱变换两种。 l已调波解调时，按照是否需要原来的载波参与非线性运算， 可将解调过程分为相干解调与非相干解调两大类。 l调制与解调过程都是非线性过程，在已调波中具有原来载 波和信息信号所不具有的频率成分。 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 4 振幅调制 l振幅调制 l载波的振幅随调制信号幅度的变化而变化 l振幅调制的形式 l普通调幅 AM（Amplitude Modulation） l双边带调幅 DSB AM（Double Side Band AM） l单边带调幅 SSB AM（Singl

3、e Side Band AM） l残留边带调幅 VSB AM（Vestigial Side Band AM） 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 5 普通调幅 AM l载波信号 l调制信号 l已调信号 ()cos (1cos)cos (1cos)cos AMCaC CaC C CaC vVk vt V Vktt V Vmtt aa C V mk V cos cos CCC vVt vVt 其中 称为调制系数，ka 称为调制灵敏度 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 6 AM信号的波形 l正常调制：ma1 l通常 ma30 minCC aa CC VV

4、V mk VV v vAM t t VC maVC 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 7 AM信号的频谱 l单频调制 CC-C+ (1cos)cos coscoscos coscos()cos() 22 AMCaC CCaCC aa CCCCCC vVmtt Vtm Vtt mm VtVtVt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 8 AM信号的频谱 l频带调制 C 上边带下边带 载频 BW max 2 2 BW 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 9 AM信号的功率 l载波功率 l边带功率 l总功率 l普通调幅的效率不高 2

5、(1) 2 a AMCSBC m PPPP 22 (cos)1 () 22 CCC CC LL VtV Pdt RR 2 222 (coscos)1 () () 2 222 aCC SBC L aCa C L m Vtt Pdt dt R mVm P R 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 10 例 某AM发射机的载波发射功率为 9kW，当载波被频率1调制时， 发射功率为10.125kW，试计算调制度m1。如果再加上另一个 频率2的正弦波对它进行40%的调制，试求这两个正弦波同时 进行调制时的总发射功率。 22 22 12 0.50.4 (1)(1)910.845kW 2

6、222 C mm PP 解：频率1调制时， 第二种情况下， 1 和2 之间满足线性叠加关系，所以 2 1 1 (1) 2 10.125 2(1)2(1)0.5 9 CSBC C m PPPP P m P 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 11 双边带调幅 DSB AM l抑制载波，只发送上下两个边带信号 l效率提高，带宽不变 coscos cos()cos() 22 DSBaCC aa CCCC vmt Vt mm VtVt C 上边带下边带 BW 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 12 DSB AM 的波形 t vDSB 包络过零时载波反相包络

7、过零时载波反相 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 13 单边带调幅 SSB AM l抑制载波，仅发送一个边带（上边带或下边带） l效率提高，带宽减小 cos() 2 a SSBCC m vVt C 上边带下边带 BW 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 14 残留边带调幅 VSB AM l在DSB中保留部分载频，SSB与DSB的一种折衷 l比较容易解调，能够传送带有直流的信号 C 上边 带 下边 带 载频 BW 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 15 不同形式的振幅调制比较 l普通调幅：频谱利用率低、功率利用率低、调制电 路

8、简单、解调电路最简单 l双边带调幅：频谱利用率低、功率利用率较高、调 制与解调电路稍复杂 l单边带调幅：频谱利用率高、功率利用率高、调制 电路较复杂、解调较困难 l残留边带调幅：频谱利用率高、功率利用率高、调 制电路稍复杂、解调电路较简单 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 16 振幅调制电路 l低电平调制电路 l利用非线性器件的乘法作用构成调制 l在小信号状态进行调制 l高电平调制电路 l利用丙类谐振功放的调制特性，作基极调制或集电 极调制 l电路简单、输出功率大、效率高 l调制信号需要具有较大的功率 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 17 一、

9、高电平调幅 1、基极调制 lVBB 与 v 形成实际的 基极偏压 l晶体管工作在欠压状 态 vC v VBBVCC vAM C1 C2C3 ( )cos bbBB vtVVt 普通调幅波的调制电路 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 18 +vVBB ICIC VCC VCE VBE 特点： 所需调制功率 相对较小 受调制特性非 线性的影响， 动态范围较小， 线性较差 工作于欠压状 态，效率较低 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 19 2、集电极调制 lVCC 与 v 形成 实际的集电极 偏压 l晶体管工作在 临界过压状 态 vC vVBB VCC

10、 vAM C1C2 ( )cos ccCC vtVVt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 20 ICIC VCE +v VCC 特点： 需要的调制 功率较大 工作在临界 过压状态， 效率较高 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 21 3、双重调制 l理想的高电平调制状态：效率高、线性好 l影响高电平调制的因素： l工作在过压状态：效率高，但线性差 l工作在欠压状态：线性好，但效率低 l改善措施：双重调制 l基极调制集电极调制 l集电极调制集电极调制 l特点：放大器始终工作在临界弱过压状态 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 2

11、2 二、低电平调幅 1、AM l实现原理 l实现方案 (1cos)cos (1) AMCaC Ca CaC vVm Vtt vm v vm v v mavvAM vC 1 mavvAM vC 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 23 2、DSB调幅 l实现原理 lvDSB = k v vC l实现方案 kvvDSB vC 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 24 例 用MC1496构成的AM和DSB调制器 Pin10，载波输入 Pin1，调制信号输入 调节 Carrier Null 电位器，可输出普通AM（有载波）或DSB （无载波） 复旦大学电子工

12、程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 25 AM输出信号及其频谱DSB输出信号及其频谱 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 26 3、SSB调幅 l实现原理1：滤波法 lDSB电路边带滤波器 l直接滤波难以在高频端实现，所以实际多在较低频 率上实现SSB调制，再通过多次变频与滤波，将载 波频率升上去 OSC BPF OSC BPF OSC BPF + + 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 27 l实现原理2：移相法 其中 ， , 称为 v 的 Hilbert 变换 cos aC vm Vt 1 cos() 2 11 coscossinsin

13、22 11 cossin 22 SSBaCC aCCaCC CC vm Vt m Vttm Vtt vtvt sin aC vm Vt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 28 OSC /2 sin t sin t cos t cos t /2 cos t + _ vSSB cos t sin t sin t Hilbert 变换要求对v 中的所有频率分量移相，对于一般 的模拟信号来说，实现稍复杂 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 29 l实现原理3：相移滤波法 OSC1 /2 sin1t sin1t sin t sin t cos1t cos1t

14、 sin t BPF BPF cos(1- t OSC2 sin(1- t /2 cos(1- t sin2t cos2t sin2t sin(1- t cos2t sin(2+1- t 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 30 振幅解调 振 幅 解 调 电 路 l需要与载波同步的参考信号 l有乘积型和叠加型两种结构 l适用于所有振幅解调 包络检波 (非相干解调) l设备简单，无需其他信号 l只适用于普通 AM 同步检波 (相干解调) 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 31 大信号峰值包络检波电路 l二极管串联型电路 lvi 大于二极管的导通电压（

15、通常要求vi在1V以上） l vi D CRL vo max 11 , LL C R CR C 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 32 大信号峰值包络检波电路的输出波形 t v 0 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 33 大信号峰值包络检波电路工作状态分析 l大信号工作状态 l二极管可以用折线近似 其中gD是二极管的正向电导 , 0 0, 0 DDD D D g vv i v iD vD 1 D D g r 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 34 流过二极管的电流是导通角为q 的尖顶余弦脉冲，由于 3 时， 很小， 二极管

16、上的损耗很小，大部分高频能量都消耗在RL上 Vim Vo 2 2 im AM i V P R 根据能量守恒定律，忽略二极管上的损耗，PAM = Po，所以 2 o o L V P R 2 L i R R 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 41 大信号峰值包络检波的非线性失真 l惰性失真 产生原因：滤波电容C 的放电速率低于调制信号的下降速 率 t v 0 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 42 调制信号的包络为 ( )(1cos) ma v tVmt ( ) sin am v t m Vt t 包络的斜率为 电容放电在 t = 0 时有最大斜率，

17、为 0 1 (1cos) L t R C oma L t V eVmt tR C 要求不产生惰性失真，即要求 0 ( ) L t R C o t v t V e tt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 43 即 求上式的极值可知，当cos t = -ma时存在极小值，此时有 1 (1cos)sin sin 1 1cos maam L La a Vmtm Vt R C R Cmt mt 不产生惰性失真的条件为 2 1 a L a m R C m 2 (max) (max)(max) 1 a L a m R C m 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础

18、44 l底部切割失真 发生在采用交流耦 合电容与下级耦合 的检波电路中，输 出波形底部被切割 原因：耦合电容上的 直流压降导致二极 管截止 vi D CRLRg CC t v 0 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 45 vi D CRLRg CC 对于调制信号 而言，C的阻抗很大，可以忽略不计 由于CC要耦合调制信号，所以容量较大，可以认为在调制 信号一个周期内，CC上的电压基本不变，大致等于载波电压 的峰值Vm，所以在RL两端的直流电压为 方向为上正下负 L L Rm Lg R VV RR 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 46 由于载波电压的

19、最小值为 Vm(1-ma)，若 二极管上的电压反偏，导致二极管截止，输出被切割 所以避免底部切割失真的要求是 即 (1) L mam Lg R VmV RR (1) L mam Lg R VmV RR / 1 gLg L a LgLgL RRR R m RRRRR 对于调制信号()的交流电阻与直流电阻之比必须大于调制度 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 47 实用的大信号峰值包络检波电路 vi D R1 R2 CC C2 C1 AGC R3 C3 VCC 中频放大器部分 AGC电路 检波电路部分 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 48 小信号平方

20、律检波 ID iD t t vi VD vi D C RL VDQ 平均电流 偏置电压 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 49 2 012 22 012 2 02 22 02 2 22 02 . coscos. 11 () 22 1 (1cos) 2 11 (1)2coscos2 222 C Dii mCmC DDCm Ca a Caa Iaa va v aaVta Vt II dtaa V aa Vmt m aa Vmmtt 组合频率：（幅度正比于2ma），2（幅度正比于ma2/2） 非线性失真： ，当 ma= 0.3 时，等于7.5% 2 4 a mV V 复旦大学

21、电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 50 二极管并联检波 viD C RL + vi 为负时，二极管导通，电容 C 上的电压始终近似于 vi 的峰 值电压。 vi 为正时，二极管截止，电容 C 上的电压与 vi 叠加后加在 RL 上。所以在 RL 上的峰值电压等 于输入电压的2倍。 在输出电压处加接低通滤波器， 可以得到解调输出。 t vi 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 51 三极管检波 VCC vo vi IC vo t VBEt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 52 乘积型同步检波 LPFvivo vr DSB信号 cos

22、cos cos() coscoscos() 1 coscos()cos() 2 iiC rrrr irirCrr irCrrCrr vVtt vVt v vVVttt VVttt 低频部分 高频部分 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 53 经低通滤波后 1 coscos() 2 oirCrr vVVtt 若r = C、r = 0，则正确解调 若rC，则 ，解调信号被 调制 若r0，则 ，检波效率下降 乘积型同步检波的关键是得到与发送端同频同相的参考信号 1 coscos 2 oir vVVtt 1 coscos 2 oirr vVVt 复旦大学电子工程系 陈光梦 202

23、1-7-1高频电路基础 54 SSB信号 cos() , cos() cos()cos() 1 cos()cos() 2 iiCrrrr irirCrr irCrrCrr vVtvVt v vVVtt VVtt 经低通滤波后 1 cos() 2 oirCrr vVVt 若r = C、r = 0，则正确解调 若rC，则 ，解调信号产生频移 若r0，则 ，解调信号产生相移 1 cos() 2 oir vVVt 1 cos() 2 oirr vVVt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 55 载波恢复 l乘积型同步检波的关键是得到与发送端同频同相的 参考信号 l载波恢复的方法

24、lAM 窄带滤波器（锁相环）直接提取 lDSB AM 平方法（平方+锁相环提取） lSSB AM 1、发送导频信号，接受端用锁相环提取导频 2、直接在接收端产生稳定的本地振荡信号 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 56 平方法载波恢复的原理 222 22 22 22 cos()cos cos () cos 1111 cos2()cos2 2222 1111 cos2()cos2cos2()cos2 4444 DSBCC DSBCC CC CCC vVtVt vV Vtt V Vtt V Vtttt 用锁相环（窄带滤波器）滤出2(Ct+)成分，再二分频 载频成分交叉乘积成

25、分调制成分 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 57 叠加型同步检波 包络检波vivo vr DSB信号 由于vDSB + vC = vAM，所以通过包络检波可以得到解调信号 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 58 SSB信号cos()cos() coscos ( )cos( ) SSBCCCC rrrrC rSSBmC vVtVtt vVtVt vvVttt 假设r = C 由于包络检波对 于载频的相位不 敏感，所以不考 虑相差，可以用 本地振荡产生参 考信号 Vr VC vr+ vSSB vSSB vr Vm (t) t 222 22 ( )(

26、cos)(sin)12()cos() 1 1cos() cos 2 CC mrCCr rr CC r rr VV vtVVtVtVt VV VV Vtt VV 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 59 22 2 1 ( )1cos() cos 2 1 cos(cos) 2 CC mr rr rCC r VV VtVtt VV VVtVt V 在叠加后的幅度中包含 和 2 的成分 ，当 VC Vsm， VrmVD(on)。对于频率c ，电容C 的容抗远小于电阻RL；对于频率 ，电容C的容抗远大于电 阻RL。求输出电压表达式。 vs vr vo RL RL C C 复旦大学电

27、子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 61 解：这是一个用平衡调制解调电路同步解调SSB信号的例子，根 据前面对平衡调制解调电路的分析， 12 2() 2 coscos()cos() . DDDSL DSSDSLSLS iig v St g Vtg Vtt 在这个电路中，大信号是Vrmcosct，小信号是Vsmcos(c+)t， L=c，S=c+。由于输出部分电容C的滤波作用，只有低频 部分才能够在电阻RL上产生压降，形成输出电压，所以上式中 只有L-S项才有输出，即 12 12 22 ()cos()cos 2 cos DDoutDSLSDsm oDLDLDLsm outout ii

28、g Vtg Vt viRiRg R Vt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 62 角度调制 l调频 FM（Frequency Modulation） 载波的瞬时频率与调制信号成线性关系 l调相 PM（Phase Modulation） 载波的瞬时相位与调制信号成线性关系 l记载波为 v = Vm cos (t) 瞬时角频率为 (t)，则有 l调频与调相，实际上都有相位的变化，统称调角波 0 ( ) ( ) ( )( )(0) t dt t dt td 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 63 调角信号的表示 设调制信号为单频信号 调频 瞬时角频率

29、(t) 与 v (t) 成线性关系，即 其中 Dm = kfV 是载波的最大角频偏 ( )cosvtVt ( )( )cos cos CfCf Cm tk vtk Vt t D 00 ( )( )cos sin tt Cm m C tdd tt D D 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 64 其中 为调频指数，表示载波的瞬时相位的 最大偏移量 注意：调幅系数 ma1，而调频指数 mf 经常大于1 例如，FM广播，Dfm=75kHz，F=15kHz，mf =5 ( )cos(sin) cos(sin) m FMmC mCf vtVtt Vtmt D mm f f m F

30、DD 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 65 调相 瞬时相位 (t) 与 v (t) 成线性关系，即 其中 mp = kpV 为调相指数，表示载波的瞬时相位的最大偏 移量 ( )( ) cos cos Cp Cp Cp ttk vt tk Vt tmt ( )cos() cos(cos) pmmCp mCp vtVtk v Vtmt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 66 调频波与调相波的比较 FMPM 已调波 调制指数 瞬时频率 瞬时相位 最大频偏 最大相移 cos( ) mCf Vtkvd m f f m F D cos( ) mCp Vtk

31、 vt pp mk V ( ) Cf k vt ( ) Cp d kvt dt ( ) Cf tkvd ( ) Cp tk vt max max ( ) f kvt D max max ( ) p dvt k dt D max max ( ) f kvt dt D max max ( ) p k vt D 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 67 Key lFM 与 PM 互为微积分关系 l若以调制指数 m 代替调频指数 mf 或调相指数 mp， 可以统一表达为 ( )cos(sin) CmC vtVtmt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 68

32、调角信号的频谱 单频调制 ( )cos(sin) cos(sin)cossin(sin)sin CmC mCC vtVtmt Vmttmtt 02 1 cos(sin)( )2( )cos(2) n n mtJmJmnt 21 0 sin(sin)2( )sin(21) n n mtJmnt 其中 2 0 ( 1) 2 ( ) !()! nm n n n m Jm m nm 为以m为宗量的第一类贝塞尔函数 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 69 05101520 1 0.5 0 0.5 1 m J0 J1 J2 J3 J4 J5 贝塞尔函数贝塞尔函数 复旦大学电子工程系

33、 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 70 前几个贝塞尔函数的值 m=0.5m=1m=2m=5m=10 J00.940.770.22-0.18-0.25 J10.240.440.58-0.330.04 J20.030.110.350.050.25 J30.020.130.360.06 J40.030.39-0.22 J50.26-0.23 J60.13-0.01 J70.050.22 J90.020.32 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 71 02 1 21 0 ( )( )2( )cos(2)cos 2( )sin(21)sin CmnC n mnC n vtVJ

34、mJmntt VJmntt 1 1 coscoscos()cos() 2 1 sinsincos()cos() 2 ( )( 1)( ) n n JmJm ( )( )cos() CmnC n vtVJmnt 根据 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 72 调角信号的特征 l具有无穷多个边频分量，分布在C两侧 l由于第一类贝塞尔函数的性质 ，上下 边频振幅相等，n为偶数时相位相同，n为奇数时相位相反 l由于第一类贝塞尔函数的性质 ，调制指数m 的改变引起边频功率分配的改变，总功率不变。已调波的 总功率恒等于载波功率 1( ) ( 1)( ) n n JmJm 2 ( )1

35、 n n Jm 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 73 单频调制的带宽 l无穷多分量，实际计算时忽略幅度小的边频分量 l当m 1的边频有 Jn0 ，所以只取一对边频 BW 2F l当m110时，若考虑包含1015载频幅度以上边频信 号（相当于考虑载波能量的9899），则 BW 2(m+1)F l当m 10时 BW 2mF 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 74 频带调制的带宽 l调频信号 由于 即 ，当F 增加时，mf下降， 而 所以在频带调制时， BW 的增加不大，具有恒定带宽特性 l调相信号 由于mp=kpV，与F 无关。当F 增加时，mp保

36、持不变， 所以在频带调制时，带宽 BW 与调制频率 F 成正比 , 2 ff ff k Vk V mm F 2(1)2(), 110 22, 10 fmf fmf mFfFm BW m Ffm D D 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 75 C C+1 C+2 C C+1 C+2 调频波的频谱 调相波的频谱 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 76 实际生活中的调频信号 lFM广播，88108MHz l单声道：最大调制频率Fmax=15kHz l最大频偏Dfm=75kHz lBW =2(75+15) = 180kHz l立体声：最大调制频率Fmax

37、=53kHz l最大频偏Dfm=67.5kHz lBW =2(67.5+53) = 241kHz l电视伴音 l最大调制频率Fmax=15kHz l最大频偏Dfm=50kHz lBW2(50+15) =130kHz 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 77 调频信号产生原理与电路 l直接调频 l变容二极管直接调频 l电抗管直接调频 l张弛振荡器直接调频 l间接调频 调相电路调相电路 积分电路积分电路 vC v vFM 压控振荡器调频 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 78 变容二极管直接调频电路 L、C1、C2 构成电容三点式振荡电路 C3、D 与

38、C1、C2 并联 变容二极管上叠加有直流偏置电压VDQ与调制信号电压v L C1 C3 C2 D v VCC 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 79 L C1 C3 C2D +vVDQ 00 cos (1cos) (1)(1) jjjQ j DQDQ DD CCC C VvVVt Mt VV 0 () j jQ DQD D C C VV V DQD V M VV 其中 ，称为结电容调制度 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 80 12 12 j C C C CC 2 11 ( )(1cos) (1cos) C jjQ tMt LCLC Mt 假定C

39、3很大，又有 ， 则 上式称为变容二极管的调制特性方程 其中 ，是处于静态工作点时的振荡频率 1 C jQ LC 当 = 2 时，获得线性调制 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 81 实际的变容二极管直接调频电路 l变容二极管部分接入 当 C3 较小，与 Cj 相比不可忽略时，有 3 12 123 3 12 123 (1cos) 11 ( ) (1cos) () (1cos) j j jjQ jQ jQ C C C C C CCCC CCMt t LC C CMt C C L CCCCMt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 82 变容二极管部分接

40、入的LC谐振回路的频率以及频率变化率与 调制电压的关系： 0.400.400.4 =3 =2 =3 v /(VDQ+VD)v /(VDQ+VD) f / f0 0.9 1.1 1 0 0.1 0.3 0.2 D(f /f0) Dv /(VDQ+VD) =0.5 =0.5 =1 =2 =1 0.4 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 83 l变容二极管背靠背连接 对于高频载波来说，D1D2反向串联，所以由于高频载波电 压造成的电容变化相互抵消，可以减轻寄生调制效应 L C1 C3 C2 +v VDQ D1 D2 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 84

41、 10p 33p 15p v 12V 15p 1k1n 4.3k 10k 1n1n20 1.2 1n vFM 10k 2k 12 10k 1 实际电路例子 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 85 l石英晶体与变容二极管联合使用 l石英晶体等效成一个电感 l频率稳定性很好 l频偏很小（ Df iZ，Z1Z2 时 22 121 1 2 CZ Cmm m iii ZZ igvgv ZZZ vZ Z ig Z 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 89 l由电抗管构成电抗元件 12 12 12 12 11 , , 1 , , , , , , m m m m

42、ZZRZ j Cj g RC j RC ZRZZ j Cg j L Zj LZRZ g R R ZRZj LZ j g L 电容 电感 电感 电容 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 90 VCC v 实际电路的例子 变压器反馈振荡电路 电抗管 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 91 张弛振荡器直接调频电路 l非正弦振荡器 l三角波、方波 l一般需要通过滤波器取出基频后输出 l频偏较大 l线性好 l电路便于集成 l单独使用时频率稳定度不高，一般都组成锁相环应 用 复旦大学电子工程系 陈光梦 锁相环调频电路 l载频用石英晶体振荡器，稳定可靠 l采用压

43、控多谐振荡器，频偏大，线性好 l锁相环工作在载波跟踪状态 l最大频偏受压控振荡器频率范围以及鉴相器鉴相范围限制 2021-7-1高频电路基础 92 晶振PDLFVCO v fC fo 调制信号 已调信号 载波信号 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 93 调相电路与间接调频电路 l调相电路 l矢量合成法调相 l可变移相法调相 l可变延时法调相 l间接调频电路：调制信号积分后，对载频进行调相 l载波振荡器与调制信号分开，C不受调制信号影响，精度 高、稳定性好 l最大频偏比较小，只能产生窄带 FM 信号 l要得到宽带 FM 信号，需要在后级采用倍频和混频等措施 复旦大学电子工

44、程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 94 可变移相法调相电路（直接调相） 载频振荡器 =f (v VmcosCt vPM v v vCvPM VQ C L Cj 实际电路 原理 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 95 利用LC回路失谐时的相位变化实现调相 谐振时相移为0 失谐时产生相移 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 96 当C Cj 时，LC回路的谐振频率可表述为 22 0 11 ( )(1cos)(1cos) C jjQ tmtmt LCLC 0( ) (1cos) 2 CC tmt D 当m 1 时 LC回路失谐时的相移可表述为

45、0 2 arctanarctan()arctan( 2cos) 2 QQmt D 当 /6 时，tan，所以 cosQ mt 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 97 可变移相法的特点： 由于移相依靠LC回路的谐振特性实现，所以要获得 与调制 信号成正比（即线性调相）的特性，必须满足相移幅度小于 /6即30度的限制。 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 98 矢量合成法调相电路 cos(cos) coscos(cos)sinsin(cos) PMmCp mCpmCp vVtmt VtmtVtmt 调相信号的表示： cos(cos)1 sin(cos)

46、cos p pp mt mtmt 当窄带调相时，mp很小 (mp C，2 1，M 很小，则 1 1 1 v i j L 次级感应电势为 211 1 M ej Miv L 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 114 21 2 1 2222 22 2211 2211 22 2 11 () 1111 1 1 () evM i L rj LrjL j CC MM vijvjQv j CCLLj rjL C 02 22 20 112 , QQ C rC r D 其中 频率特性 2 11 1 () 1 vM H jjQ vLj 显然，双谐振移相网络的相频特性与单谐振电路一致： 1、输

47、出电压与输入电压之间存在 /2 的固定相移 2、当D 较小时，附加相移 D 与瞬时频偏成正比 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 115 正交鉴频器 LPF v1 v2 vo 移相 k 调频信号v1经过移相网络成为调相信号v2，两个信号相互 正交且有正比与输入频偏的附加相移 采用乘积型鉴相器检出附加相移，实现鉴频 常用于集成电路 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 116 例 正交鉴频器，载波频率范围为88108MHz，最大频偏 Dfm=75kHz。试讨论满足线性鉴频条件时对于频-相变换网络的 Q值要求以及鉴频跨导。 乘法器 低通 滤波器 vo C2

48、 C1 L vFM 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 117 将最差条件f0=88MHz代入，Q 153能够满足线性鉴频条件 解： 乘积型鉴相器的小相移限制条件为D /12 ，本题的频-相变 换网络的相移 0 2Q D D 0 2 12 Q D 00 0.13 24 m f Q f DD 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 118 0 o d ff dv g df 0 2Q D D 1212 0 1 2 o f vvkVVkVV Q f D DD 12 0 o d vkVV Q g ff D D 鉴频跨导也称鉴频灵敏度，是指输入调频信号的单位频偏所

49、 产生的鉴频输出电压，即 其中V1V2是进入乘法器的两个信号电压幅度，k是乘法器的增 益系数。 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 119 l叠加型鉴相器 包络检波 v1 v2 vo V1 V2 Vo D 1122 1 2222 2 121212 cos, sin() (1sin)(1sin) 2 CC o vVtvVt k VvvVVkVV D DD 叠加型鉴相器的输出幅度中含有正弦鉴相成分。当 D /12 时，可以近似为线性鉴相特性 其中 k = 2V1V2 /(V12 +V22) 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 120 叠加型相位鉴频电路

50、2222 1212 22 12 (1sin), (1sin) 22 ()sin o kk vVVvVV vvvk VV DD D 正弦鉴相特性。当 D /6 时，可以近似为线性鉴相特性 其中 是包络检波器的效率 v1 + 移相 包络 检波 v2vo 包络 检波 + - + + - v+ v- v+ v- 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 121 V1 V2 V+ D V- -V2 |Vo| 叠加型相位鉴频电路的矢量关系 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 122 互感耦合的叠加型相位鉴频器 双谐振回路移相网络 包络检波 vo VCC v2 T1 v

51、2 C2 v1 v T2 L1-1 L1-2 D2 D1 + - + - v+ + - v + - vFM 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 123 电容耦合的叠加型相位鉴频器 C2 v D2 D1 VCC C5 C3 C4 C1L1L2 R1 R3 R2 v1 v2 v+ + - v + - 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 124 比例鉴频器 双谐振回路移相网络包络检波 v2 T1 C01 v2 C02 v1 v T2 D2 D1 + - + - C1 C2 R1 R2 C3 VCC L1-1 L1-2 v+ + - v + - vFM 复旦

52、大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 125 2222 1212 12312 121 1333 312 33 (1sin), (1sin) 22 |, , 2111 (1) 222 (1sin)(1sin) |11 22 2|2 (1sin 2 CCCCC CCC oCCCC CCC CC kk vVVvVV VvVvVVV VVV vVVVV VVV kk vv VV k vv DD DD D 3 )(1sin) 2 sin 4 C k k V D D 正弦鉴频特性 由于C3较大，VC3基本不变，所以比例鉴频器具有自限幅功能 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电

53、路基础 126 脉冲计数式鉴频电路 过零检测低通滤波脉冲成形 v v2 vFM t t v2 vFM v 复旦大学电子工程系 陈光梦 锁相环鉴频电路 l锁相环的闭环带宽大于调制信号频率 l输入调频信号的最大频偏引起的输入鉴相器信号的相位差 小于鉴相器的线性鉴相范围 l满足上述条件后，锁定状态下压控振荡器的控制电压跟随 调制信号变化 l工作稳定可靠，便于集成 2021-7-1高频电路基础 127 复旦大学电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 128 锁相鉴频的数学模型 l结构 l数学模型 PDLF VCO vFMv Kd sin Kf (p) Ko /p qiv qo vC 复旦大学

54、电子工程系 陈光梦 2021-7-1高频电路基础 129 cossin ( )sin ( )cos m FMmC m i im vVtt tt ptt D D q qD sin()( ) ( )( ) 1sin()( )/ sin()( )/ 1 ( ) 1sin()( )/ cos def Ci defo defo i defoo m o KKp vtt KKpKp KKpKp pt KKpKp K t K q q q q q q D 当输入信号调制频率 远小于锁相环闭环自然频率 n 时， 1，此时 vC(t) 就是解调输出 锁相环闭环 传递函数 调制信号 复旦大学电子工程系 陈光梦 例 用集成锁相环设计FM解调器 用 NE564 设计 FM解调电路，输入信号幅度大于200mV， 载频 f0 = 1.20MHz，调制频率 2