高频电子线路_张肃文_第5版课件__第8章

1、 在通信系统中，角度及解调电路不同于频谱线性搬移电在通信系统中，角度及解调电路不同于频谱线性搬移电路。它是用低频信号去调制高频振荡的相角，或是从已调波路。它是用低频信号去调制高频振荡的相角，或是从已调波中解出调制信号所进行的频谱变换，这种变换不是线性变换，中解出调制信号所进行的频谱变换，这种变换不是线性变换，而是非线性变换。因此，我们把角度调制及调角波的解调电而是非线性变换。因此，我们把角度调制及调角波的解调电路称为频谱非线性变换电路。路称为频谱非线性变换电路。 调频（）调频（）：如果高频振荡器的频率变化量和调制信：如果高频振荡器的频率变化量和调制信号成正比，则称调频。号成正比，则称调频。 调

2、相（）调相（）：如果高频振荡器的相位变化量和调制信：如果高频振荡器的相位变化量和调制信号成正比，则称调相。号成正比，则称调相。 与振幅调制相比，角度调制主要优点是抗干扰性强。调与振幅调制相比，角度调制主要优点是抗干扰性强。调频主要用于模拟通信，调相主要用于数字通信。频主要用于模拟通信，调相主要用于数字通信。调角波的性质调角波的性质 由于频率的变化和相位的变化都表现为总相由于频率的变化和相位的变化都表现为总相角的变化，因此，将角的变化，因此，将调频和调相统称为调角调频和调相统称为调角。 因为相位是频率的积分因为相位是频率的积分, , 故频率的变化必将故频率的变化必将引起相位的变化引起相位的变化,

3、 , 反之亦然反之亦然, , 所以调频信号与调所以调频信号与调相信号在时域特性、频谱宽度、调制与解调的原相信号在时域特性、频谱宽度、调制与解调的原理和实现方法等方面都有密切的联系。理和实现方法等方面都有密切的联系。 角度调制与解调属于非线性频率变换角度调制与解调属于非线性频率变换, , 比属比属于线性频率变换的振幅调制与解调在原理和电路于线性频率变换的振幅调制与解调在原理和电路实现上都要困难一些。实现上都要困难一些。 在模拟通信方面在模拟通信方面, , 调频制比调相制更加优越调频制比调相制更加优越, , 故大都采用调频制。故大都采用调频制。 所以所以, , 本章在介绍电路时本章在介绍电路时,

4、, 以调频电路、以调频电路、 鉴频鉴频( (频率解调频率解调) )电路为主题电路为主题, , 但由于调频信号与调相信号的内在联系但由于调频信号与调相信号的内在联系, , 调频可调频可以用调相电路间接实现以用调相电路间接实现, , 鉴频也可以用鉴相鉴频也可以用鉴相( (相位解调相位解调, , 也称相位检波也称相位检波) )电电路间接实现路间接实现, , 所以实际上也介绍了一些调相与鉴所以实际上也介绍了一些调相与鉴相电路。相电路。tV000cosvtVcosvtV000cosvtVcosv 0D D m 0+D D mAMFM调频波的指标调频波的指标寄生调幅寄生调幅频谱宽度频谱宽度抗干扰能力抗干扰

5、能力幅度调制幅度调制角度调制角度调制调频FM调相PM载波信号载波信号的受控参量的受控参量振幅振幅频率频率相位相位解调方式解调方式相干解调或相干解调或非相干解调非相干解调鉴频或鉴频或频率检波频率检波鉴相或鉴相或相位检波相位检波解调方式解调方式的差别的差别频谱线性搬频谱线性搬移频谱结构移频谱结构无变化无变化频谱非线性频谱非线性频谱结构发频谱结构发生变化属于生变化属于非线性频率非线性频率变换变换特点特点频带窄频带窄频带利频带利用率高用率高频带宽频带宽频带利频带利用不经用不经济、抗济、抗干扰性干扰性强强用途用途广播广播电视电视通信通信遥测遥测数字数字通信通信调幅AM 将等幅的调频信号变换成振幅将等幅的

6、调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化、既也随瞬时频率变化、既调频又调频又调幅的调幅的FMAM波波，就可以通，就可以通过包络检波器解调此调频信号过包络检波器解调此调频信号 用此原理构成的鉴频器称为振用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器幅鉴频器End鉴频器的指标鉴频器的指标鉴频灵敏度鉴频灵敏度鉴频跨导鉴频跨导鉴频频带宽度鉴频频带宽度寄生调幅抑制能力寄生调幅抑制能力失真和稳定性失真和稳定性 鉴频器输出电压鉴频器输出电压与输入调频波的与输入调频波的瞬时频偏成正比，瞬时频偏成正比，其比例系数称为其比例系数称为鉴频跨导鉴频跨导8.2.1 瞬时频率与瞬时相位瞬时频率与瞬时相位8.2.2 调频波和调相波的调频波和

7、调相波的数学表示式数学表示式8.2.3 调频波和调相波的调频波和调相波的频谱和频带宽度频谱和频带宽度 调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种调频是使高频载波的瞬时频率按调制信号规律变化的一种调制方式；调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规律变调制方式；调相是使高频载波的瞬时相位按调制信号规律变化的一种调制方式。因为这两种调制都表现为化的一种调制方式。因为这两种调制都表现为高频振荡波的高频振荡波的总瞬时相角受到调变总瞬时相角受到调变，故将它们统称为，故将它们统称为角度调制角度调制(简称调角简称调角) 。瞬时频率瞬时频率)(t瞬时相角瞬时相角)(t00t0实轴实轴)(ttt )(t00

8、)(tttd)(ttdd 瞬时相角瞬时相角(t)等于矢量在等于矢量在 t 时间内转过的时间内转过的角度与初始相角度与初始相角角0 之和之和调频调频)()(0tktvf设调制信号为：设调制信号为：v (t)，0 0是未调制时的载波中心频率；是未调制时的载波中心频率；kfv (t)是瞬时频率相对于是瞬时频率相对于0 0的偏移，的偏移，叫瞬时频率偏移，简称叫瞬时频率偏移，简称频移频移。可表示为可表示为)()(tktDvf(t) 的的最大频移，称最大频移，称频偏频偏，表示为，表示为max)(tkDvf瞬时频率与调制信号呈线性瞬时频率与调制信号呈线性关系，关系，瞬时频率为：瞬时频率为：)(cos()(0

9、0f00dttktVtatv调频波数学表达式调频波数学表达式 （相位相位 表达式）载波信号为：载波信号为：)cos()(000tVtv000)()(ttkttdfv00f0)(dttkttv瞬时相位瞬时相位瞬时相位偏移瞬时相位偏移相位偏移相位偏移相移相移；ttkttdffD0)()(vmax0ffd )(ttktDvfm最大相移最大相移f 也称也称调频波调制指数调频波调制指数 mf )(cos()(00f00dttktVtatv调频波数学表达式调频波数学表达式 （相位表达式）（相位表达式）)()(0tktvf瞬时频率瞬时频率调相调相00)()(tkttvpttkttd)(d)(0p0v 0 0

10、t t+ +0 0是未调制时的载波相位；是未调制时的载波相位；kpv (t)是瞬时相位相对于是瞬时相位相对于0 0t+t+0 0的偏移，叫瞬时的偏移，叫瞬时相位相位偏移，简称偏移，简称相位相位偏移或偏移或相相移移。可表可表示为示为)()(tktDvp(t) 最大相移，也称最大相移，也称调制指数调制指数，表示为，表示为maxp)(tkDvttkd)(dp0v瞬时相位与调制信号呈线性瞬时相位与调制信号呈线性瞬时频率瞬时频率最大频移，即频偏：最大频移，即频偏：maxppd)(dttkDvpmmp为调相波调制指数为调相波调制指数设调制信号为设调制信号为v (t)，载波信号载波信号)cos()(000t

11、Vtvttktd)(d)(ppDv调相波的频移：调相波的频移：)(cos()(000tktVtaPv调相波数学调相波数学(相位相位)表达式表达式数学表达式数学表达式ttKtVtdf)(cos000v瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频移最大频移调制指数调制指数FM波波PM波波ttkddp)(0vtttKt0f0d)(vmax)(ttKddpmDvmax0ffd )(ttKmtvmaxpp)(tKmv附：上述比较中的调制信号附：上述比较中的调制信号 v (t)，载波，载波V0mcos 0(t)(cos00tKtVvp)(f0tKv)(0tKtvpmaxfm)(tKDv以单音调制波为例以单音调制

12、波为例调制信号调制信号tVtcos)(v调频调频tVktcos)(0f00sin)(tVkttf瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位已调频信号已调频信号)sincos()(000tVktVtaf)sincos(000tmtVfVkttkmtfmax0ffd )(vDfDVkff 调频波频偏调频波频偏：max)(tkDvf得得：)(cos()(00f00dttktVtatv调频波数学调频波数学(相位相位)表达式表达式 调频波的最大相移，调频波的最大相移，即调频波调制指数：即调频波调制指数：调相调相00cos)(tVkttptVktsin)(0p瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位已调相信号已调相信号)c

13、oscos()(000tVktVtap)coscos(000tmtVppmaxpp)(VktkmvDp以单音调制波为例以单音调制波为例调制信号调制信号tVtcos)(vDVkpp调相波频偏：调相波频偏：maxppd)(dttkDv得：得：)(cos()(000tktVtaPv调相波数学调相波数学(相位相位)表达式表达式 调相波的最大相移，调相波的最大相移，即调相波调制指数：即调相波调制指数：以单音调制波为例以单音调制波为例调制信号调制信号tVtcos)(v调频调频调相调相tVktcos)(0f瞬时频率瞬时频率00sin)(tVkttf瞬时相位瞬时相位VkmfftVktsin)(0p瞬时频率瞬时

14、频率00cos)(tVkttp瞬时相位瞬时相位VkmppDpDVkff 调频波频偏调频波频偏：Df 调频波的最大相移，调频波的最大相移，即调频波调制指数：即调频波调制指数：DVkpp调相波频偏：调相波频偏： 调相波的最大相移，调相波的最大相移，即调相波调制指数：即调相波调制指数：FFmmmmppffDDDD都满足与最大频移调制指数还是调相无论调频m pmmm f调频调频调相调相由频偏表达式可以看出调相信号带宽随调制信号频率的升高由频偏表达式可以看出调相信号带宽随调制信号频率的升高而增加，而调频波则不变，也把而增加，而调频波则不变，也把调频制叫做恒定带宽调制调频制叫做恒定带宽调制。VkmffDf

15、VkmppDpDVkppDVkff调频波频偏调频波频偏调相波频偏调相波频偏 由于调频波和调相波的方程式相似，因此只要分析其中一由于调频波和调相波的方程式相似，因此只要分析其中一种的频谱，则对另一种也完全适用。种的频谱，则对另一种也完全适用。已调频信号已调频信号)sincos()(00tmtVtaf已调相信号已调相信号)coscos()(00tmtVtap已调频信号已调频信号)sincos()(00tmtVtaf)sinsin(sin)sincos(cosf0f00tmttmtV其中其中:tnmJmJtmn2cos)(2)()sincos(120fnfftnmJtmn) 12sin()(2)si

16、nsin(012fnf)(fnmJ是以是以mf为参数的为参数的n阶第一类贝赛尔函数。阶第一类贝赛尔函数。一、频谱一、频谱调制信号调制信号tVtcos)(v) 12sin()(2sin2cos)(2)(cos)(0f1n201fn2f000tnmJttnmJmJtVtannsin) 12sin()(2cos2cos)(2cos)(002012000ttnmJttnmJtmJVnnf1nfnf)12(cos)12(cos)()2cos()2cos()(cos)(0001200012000tntnmJVtntnmJtmJVnnfnfnf)sinsin(sin)sincos(cosf0f00tmttm

17、tV一、频谱一、频谱 1) 单音调制时，调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移，单音调制时，调频波的频谱不是调制信号频谱的简单搬移，而是由载波和无数对边带分量所组成，而是由载波和无数对边带分量所组成， 它们的振幅由对应的它们的振幅由对应的各阶贝塞尔函数值所确定。由教材（各阶贝塞尔函数值所确定。由教材（8.2.24）可见，奇次的上、）可见，奇次的上、下边带分量振幅相等、极性相反；偶次的振幅相等、极性相下边带分量振幅相等、极性相反；偶次的振幅相等、极性相同。同。 2) 调制指数调制指数mf越大，具有较大振幅的边频分量就越多，见越大，具有较大振幅的边频分量就越多，见教材图教材图 8.2.5。这与调幅

18、波不同，在单频信号调幅的情况下，这与调幅波不同，在单频信号调幅的情况下，边频数目与调制指数无关。边频数目与调制指数无关。 3)载波分量和各边带分量的振幅均随载波分量和各边带分量的振幅均随mf变化而变化。对于某些变化而变化。对于某些mf值，载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数值，载频或某边频振幅为零。籍此可以测定调制指数mf。 上式表明，当上式表明，当V0一定时，不论一定时，不论mf为何值，为何值，调频波的平均调频波的平均功率恒功率恒为定值，并且为定值，并且等于未调制时的载波功率等于未调制时的载波功率。换句话说，改。换句话说，改变变mf仅会引起仅会引起载波分量和各边带分量之间功率的重新分配

19、载波分量和各边带分量之间功率的重新分配，但，但不会引起总功率的改变。不会引起总功率的改变。 4) 根据帕塞瓦尔根据帕塞瓦尔(Parseval)定理调频波的平均功率等于各频定理调频波的平均功率等于各频谱分量平均功率之和。因此，在电阻谱分量平均功率之和。因此，在电阻R上，调频波的平均功率上，调频波的平均功率应为应为 )(2)(2)(202121222020nnmJmJmJRVPfnfnff fnf )(2)(2122020nmJmJRVRV220 虽然调频波的边频分量有无数多个，但是，对于任一给定虽然调频波的边频分量有无数多个，但是，对于任一给定的的mf值，高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以

20、忽略，值，高到一定次数的边频分量其振幅已经小到可以忽略，以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。以致滤除这些边频分量对调频波形不会产生显著的影响。二、带宽二、带宽 通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的通常规定：凡是振幅小于未调制载波振幅的1(或或10，根，根据不同要求而定据不同要求而定)的边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分的边频分量均可忽略不计，保留下来的频谱分量就确定了调频波的频带宽度。量就确定了调频波的频带宽度。 如果将小于调制载波振幅如果将小于调制载波振幅l0的边频分量略去不计，则频的边频分量略去不计，则频谱宽度谱宽度BW可由下列近似公式求出：可由下列近似公式求出：FmB

21、W) 1(2f在实际应用中也常区分为：在实际应用中也常区分为：DD)(22, 1)AM(2, 1mmfFMfFMf为为频频偏偏称称为为宽宽带带调调频频, ,波波频频带带相相同同与与称称为为窄窄带带调调频频, ,ffFmBmFBm 从上面的讨论知道，调频波和调相波的频谱结构以及频带从上面的讨论知道，调频波和调相波的频谱结构以及频带宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是：宽度与调制指数有密切的关系。总的规律是：调制指数越大，调制指数越大，应当考虑的边频分量的数目就越多，无论对于调频还是调相均应当考虑的边频分量的数目就越多，无论对于调频还是调相均是如此。是如此。这是它们共同的性质。这是它们共同的性质

22、。 但是，由于调频与调相制与调制频率但是，由于调频与调相制与调制频率F的关系不同，仅当的关系不同，仅当F变化时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。变化时，它们的频谱结构和频带宽度的关系就互不相同。FmBW) 1(2fVkmffDf调频调频调相调相VkmffDfVkmppDp 对于调频制，对于调频制，变小，变小，m mf f则变大则变大，由图，由图8.2.4知：边频分知：边频分量增多，但各频率间距离反而减小，造成频带宽度略窄，可量增多，但各频率间距离反而减小，造成频带宽度略窄，可看成带宽基本恒定，因此调频也称看成带宽基本恒定，因此调频也称 恒定带宽调制恒定带宽调制。 对于调相制，对于调相

23、制，增加时，带宽增加。增加时，带宽增加。 对于对于在在min max而言，而言， max决定总的带宽，低端频率分量的频谱利用决定总的带宽，低端频率分量的频谱利用率不高率不高 。因此，。因此，模拟通信系统中调频制要比调相制应用得广模拟通信系统中调频制要比调相制应用得广泛泛。DVkppDVkffEnd 下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱，下面分析一下含多个频率成分信号调制的调频信号的频谱，)sinsin(sin)sincos(cos)(10100NnnNnntmttmtVtanfnf)sinsinsin(sin)sinsincos(cos)(22110221100tmtmttmtm

24、tVtaffff以双频信以双频信号为例号为例tnmJmJtmn2cos)(2)()sincos(120fnfftnmJtmn) 12sin()(2)sinsin(012fnf 此时增加了许多组合频率，使频谱组成大为复杂。因此，此时增加了许多组合频率，使频谱组成大为复杂。因此，调频与调相制属于非线性调制。调频与调相制属于非线性调制。已调频信号已调频信号)sincos()(00tmtVtaf8.3.1 直接调频原理直接调频原理8.3.2 间接调频原理间接调频原理 产生调频信号的电路叫做调频器。对它有四个主产生调频信号的电路叫做调频器。对它有四个主要要求：（要要求：（1）已调波的瞬时频率与调制信号成

25、比例）已调波的瞬时频率与调制信号成比例地变化。这是基本要求。（地变化。这是基本要求。（2）未调制时的载波频率，）未调制时的载波频率，即已调波的中心频率具有一定的稳定度（视应用场合即已调波的中心频率具有一定的稳定度（视应用场合不同而有不同的要求）。（不同而有不同的要求）。（3）最大频移与调制频率）最大频移与调制频率无关。（无关。（4）无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。）无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。 产生调频信号的方法很多，归纳起来主要有两类：产生调频信号的方法很多，归纳起来主要有两类：第一类是用调制信号直接控制载波的瞬时频第一类是用调制信号直接控制载波的瞬时频率率直接调频。直接调频。第二类是由调频

26、信号积分后进行第二类是由调频信号积分后进行调相调相间接间接调频。调频。 直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改直接调频的基本原理是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。变载波振荡的瞬时频率。因此，因此，只要用调制信号去控制只要用调制信号去控制直接影响载波振直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，从而使载波振荡瞬时频率荡瞬时频率的元件或参数，从而使载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就可实现直接调频。按调制信号变化规律线性地改变，就可实现直接调频。 如果载波由如果载波由LC自激振荡器产生，则自激振荡器产生，则振荡频率振荡频率主主要由谐振回路的要由谐振回路的电感元件和电容元件所决

27、定电感元件和电容元件所决定。因此，只要能用因此，只要能用调制信号去控制回路的电感或调制信号去控制回路的电感或电容电容，就能达到，就能达到控制振荡频率控制振荡频率的目的。的目的。瞬时频率瞬时频率)(t瞬时相位瞬时相位)(t00)(tttd)(ttddtttkt0)()(dfDv)(cos)(000ttktAtatdpv根据调频和调相的数学表达式根据调频和调相的数学表达式先将调制信号积分，然后再对先将调制信号积分，然后再对载波调相，这样得到的调频波载波调相，这样得到的调频波的中心频率的稳定度很高。的中心频率的稳定度很高。 推导见下页。推导见下页。设调制信号为设调制信号为v (t)，00f0d)()

28、(ttkttv00f0)(dttkttv)(cos()(00f00dttktVtatv调频波数学调频波数学(相位相位)表达式表达式对对 V (t) 积分，得瞬时相位积分，得瞬时相位)(cos()(000tktVtaPv与调相波数学与调相波数学(相位相位)表达式表达式 意义相同意义相同8.4.1 基本原理基本原理8.4.2 电路分析电路分析高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社主要优点：主要优点：能够获得较大的频移（相对于间接调频而能够获得较大的频移（相对于间接调频而言），线路简单，并且几乎不需要调制功率。言），线路简单，并且几乎不需要调制

29、功率。主要缺点：主要缺点：中心频率稳定度低。中心频率稳定度低。应用范围：应用范围：在移动通信以及自动频率微调系统中。在移动通信以及自动频率微调系统中。高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社变容二极管是利用半导体变容二极管是利用半导体PNPN结的结的结电容随反向电压变化结电容随反向电压变化这这一特性而制成的一种半导体二极管。结电容一特性而制成的一种半导体二极管。结电容C Cj j与反向电压与反向电压vR R存在如下关系：存在如下关系：反向电压反向电压tVVtcos)(0RvjjD)1 (0VCCRv式中式中Cj0： 0Rv时的电容值（零偏置

30、电容）时的电容值（零偏置电容）:Rv反向偏置电压，反向偏置电压，VD：PN结势垒电位差。结势垒电位差。 ：结电容变化指数：结电容变化指数，通常，通常=1/21/3，经特殊工艺制成的超，经特殊工艺制成的超突变结电容突变结电容=15其中：其中： V0为直流偏置电压，为直流偏置电压，Vcostcost为调制信号为调制信号 tmCtmVVCtVVVVVVCVtVVCVtVVCCjQcos1cos11cos1cos1)cos(100000000D0DDDDDjC j QC jvRV0)(tv其中：其中： DjQVVCC001为静态工作点的结电容。为静态工作点的结电容。 高频电子线路高频电子线路（第四版）

31、张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社Cj与与VR即即Cj与调制信号与调制信号的关系的关系高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社C(t)=C-CC为：未加入调至信号回路总电容为：未加入调至信号回路总电容C为加入调制信号后的回路总电容为加入调制信号后的回路总电容可推出可推出C(t)与调制信号呈线性与调制信号呈线性又可推出，又可推出，f与与C成线性关系成线性关系 见见教材（教材（8.4.18） f与调制信号成线性关系，与调制信号成线性关系，即：变容二极管可实现线性调频即：变容二极管可实现线性调频 LC1 jCC cos)

32、12(2!21cos21 )(220 tmtmttttmtmmtDDD2coscos)(2cos)12(8cos2)12(81 )(20020020mmjQjtmCCcos1理想线性调制条件理想线性调制条件2小频偏条件下，小频偏条件下，= 1，f 与与 V(t)近似线性。近似线性。大大频偏条件下，频偏条件下， = 2，f 与与 V(t) 近似线性。近似线性。高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社Cc c是变容管与是变容管与L Ll lC C1 1回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的作回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的作用；用；C为对直流

33、电压的旁路电容；为对直流电压的旁路电容； L2是高频扼流圈，但让调是高频扼流圈，但让调制信号通过。它的作用都是将振荡回路和变容管的控制电路隔制信号通过。它的作用都是将振荡回路和变容管的控制电路隔离防止它们之间的相互影响。离防止它们之间的相互影响。VR=VCC V+V(t) 因此，等效的振荡回路可画成右图，因此，等效的振荡回路可画成右图，主体是主体是LC互感耦合正弦振荡电路互感耦合正弦振荡电路。高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社举例：举例：高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社举例

34、：举例：高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社 由交流通路由交流通路可见，电路可见，电路为为 变容管部变容管部分接入的分接入的电电容三端式振容三端式振荡电路荡电路 L, C3, C4, C5, Cj 呈感呈感性性 直接调频的主要优点是可以获得较大的频偏，直接调频的主要优点是可以获得较大的频偏，但是中心频率的稳定性（主要是长期稳定性）较差。但是中心频率的稳定性（主要是长期稳定性）较差。稳定中心频率可以采用对石英晶体振荡器进行直接稳定中心频率可以采用对石英晶体振荡器进行直接调频调频。变容二极管接入振荡回路有两种方式。变容二极管接入振荡回路有两

35、种方式。 变容二极管接入振荡回路有两种方式。一种是变容二极管接入振荡回路有两种方式。一种是与石英晶体相串联，另一种是与石英晶体相并联。与石英晶体相串联，另一种是与石英晶体相并联。变容二极管与晶体并联连接方式有一个较大的缺点，变容二极管与晶体并联连接方式有一个较大的缺点，就是变容管参数的不稳定性直接严重地影响调频信就是变容管参数的不稳定性直接严重地影响调频信号中心频率的稳定度。因而号中心频率的稳定度。因而应用广泛应用广泛的是的是变容管与变容管与石英晶体相串联石英晶体相串联的方式。的方式。 晶体在此等效为高品质因数的电感元件，构成晶体在此等效为高品质因数的电感元件，构成振荡回路元件之一振荡回路元件

36、之一高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社 高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社Pierce Oscillators (cb)皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社 变容管与石变容管与石英晶体相串英晶体相串联呈感性。联呈感性。 电路为电容电路为电容三端皮尔斯三端皮尔斯振荡电路。振荡电路。 调制信号使调制信号使 变容管结电变容管结电容变化时，容变化时，晶体等效感晶体等效感抗变化，从抗变化，从而使振荡频而使

37、振荡频率变化。率变化。应用举例：应用举例：调调制制信信号号Pierce 型振荡器型振荡器调制信号放大调制信号放大高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社8.6.1 调相的方法调相的方法8.6.2 间接调频的实现间接调频的实现高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高稳定度高稳定度载波振荡器载波振荡器 相位相位调制器调制器积分积分 电路电路多级倍频多级倍频和混频器和混频器宽带宽带 )(tFMv)(tvtt d)(v窄带窄带)(tFMv 直接调频直接调频中心频率稳定度都不高中心频率稳定度都不

38、高 晶体振荡器直接调频的中心频率稳定度虽有提高，但频偏晶体振荡器直接调频的中心频率稳定度虽有提高，但频偏太小。太小。 间接调频则采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后间接调频则采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后调制信号积分后调制信号积分后对这个稳定的载频信号对这个稳定的载频信号进行调相，这样一来进行调相，这样一来就可得到中心频率稳定度高的调频信号。就可得到中心频率稳定度高的调频信号。高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社 调相的方法通常有三类：一类是用调制信号控制谐振回路调相的方法通常有三类：一类是用调制信号控制谐振回路或移相网络

39、的电抗或电阻元件以实现调相。第二类是矢量合成或移相网络的电抗或电阻元件以实现调相。第二类是矢量合成法调相。第三类是脉冲调相。法调相。第三类是脉冲调相。1）谐振回路或移相网络的调相方法）谐振回路或移相网络的调相方法（1）利用谐振回路调相）利用谐振回路调相)2arctan(0ffQDD高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社（1）利用谐振回路调相）利用谐振回路调相002 6/)16. 2 . 2()2arctan(DDQQ则：若6 D Dff0可见：可见： 与与V(t)成正比成正比该方法最大相移为：该方法最大相移为： / 6 / 6 设负载回路

40、电容的变化设负载回路电容的变化C与与 V(t) 成线性关系，即成线性关系，即: C= kCV(t) （8.6.1）)2 . 6 . 8(CC2100回路相对失谐DD，则若1CC0D由于回路失谐，输出电压产生附加相移由于回路失谐，输出电压产生附加相移 为：为：（8.6.1）（8.6.2） 代入得： 0)(CtVQkC教材图 2.1.8同理：回顾回顾(6.12.3)（2）利用移相网络调相）利用移相网络调相iViViV2成反比或与可见，则：当：RC:261arctan2arctan200CRCRVVRC 若调制信号也与若调制信号也与C或或R成反比，则调成反比，则调制信号与制信号与 成正比成正比 高频

41、电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社2）合成调相法阿姆斯特朗法）合成调相法阿姆斯特朗法)(sinsin)(coscos)(0000tAtAtAtAtappvv6|)(|ptkv当：ttAAtAta0000sin)(cos)(pvtA00costtAA00sin)(pv)(cos()(00tktVtaPv展开调相波数学表达式展开调相波数学表达式AB 合成矢量合成矢量C的长度和的长度和相角相角都受到调制信号都受到调制信号V(t)的的控制。控制。C高频电

42、子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社ttAAtAta0000sin)(cos)(pv高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社前面这两种调相方法共同缺点是：前面这两种调相方法共同缺点是： 调制系数小调制系数小为了获得足够的调制系数，必须后接多级倍频器为了获得足够的调制系数，必须后接多级倍频器*3）脉冲调相）脉冲调相高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社End高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社

43、高等教育出版社 前面的方法只能得到很小的调制指数前面的方法只能得到很小的调制指数 ( (/6/6) )。 例例如，要求如，要求 m 0.5 m 0.5 才能保证一定的调制线性。若才能保证一定的调制线性。若最低调制频率为最低调制频率为 100 Hz 100 Hz ，则相应的最大频移，则相应的最大频移 f = 0.5x100 Hz = 50 Hz f = 0.5x100 Hz = 50 Hz 这样小的频偏是远远这样小的频偏是远远不能满足需要的。不能满足需要的。 例如，调频广播所要求的最大频移为例如，调频广播所要求的最大频移为75 kHz 75 kHz 。为。为了使频偏加大到所需的数值，常需采用倍频

44、的方法。了使频偏加大到所需的数值，常需采用倍频的方法。 对于本例，倍频次数为对于本例，倍频次数为 75kHz/50Hz= 75kHz/50Hz=15001500 倍，可倍，可见所需的倍频次数是很高的。见所需的倍频次数是很高的。 DVkpp调相波频偏调相波频偏 如果倍频之前载波频率为如果倍频之前载波频率为 1 MHz ，则经，则经 1 500 次次倍频后，中心频率增大为倍频后，中心频率增大为 1 500 MHz 。这个数值。这个数值又可能不符合对中心频率的要求。又可能不符合对中心频率的要求。 例如，调频广播的中心频率假定要求例如，调频广播的中心频率假定要求 100 MHz 。为了最后得到这个数值

45、，需采用混频的方法。为了最后得到这个数值，需采用混频的方法。 对于本例，可用一个频率为对于本例，可用一个频率为 1400 MHz （如用石英如用石英晶体振荡器再加上若干次倍频的办法来得到晶体振荡器再加上若干次倍频的办法来得到）的本地振）的本地振荡电压与之混频。混频只起频谱搬移作用，不会荡电压与之混频。混频只起频谱搬移作用，不会改变最大频移。因此，最后获得中心频率为改变最大频移。因此，最后获得中心频率为 100 MHz 、频偏为、频偏为 75 kHz 的调频波。的调频波。End高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社积分积分 电路电路线性可控

46、线性可控延时电路延时电路)(tvttkdt)(v 设延时器件的延时是可控的，如将调制信号积分设延时器件的延时是可控的，如将调制信号积分之后，去线性地控制延时时间，若延时器件此时的输之后，去线性地控制延时时间，若延时器件此时的输入信号为载波振荡，则经延时以后，得到延时器件的入信号为载波振荡，则经延时以后，得到延时器件的输出信号。输出信号。tA00cos)(cos000ttAttktdt)(0vEnd高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社8.8.1 相位鉴频器的工作原理相位鉴频器的工作原理8.8.2 相位鉴频器回路参数的选择相位鉴频器回路参数

47、的选择高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社 相位鉴频器是根据第一类鉴频方法，利用回路的相位鉴频器是根据第一类鉴频方法，利用回路的相位一频率特性来实现调幅一调频波变换，再通相位一频率特性来实现调幅一调频波变换，再通过包络检波器解调此调频信号应用较广泛。过包络检波器解调此调频信号应用较广泛。2. 实现电路实现电路移相网络移相网络)(ta)(tb)(tb-包络检波包络检波高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社

48、高等教育出版社输人电路的初级回路输人电路的初级回路 C1，L1 . 和次级回路和次级回路 C2，L2构成双调谐构成双调谐回路，且均调谐于调频波的中心频率回路，且均调谐于调频波的中心频率 f0 。它们完成波形变换，。它们完成波形变换，将等幅调频波变换成蝠度随瞬时频率变化的调频波（即调幅一将等幅调频波变换成蝠度随瞬时频率变化的调频波（即调幅一调频波）。调频波）。 D1，R，C3和和 D2，R，C3 组成上、下两个振幅检组成上、下两个振幅检波器，且特性完全相同，将振幅的变化检测出来。波器，且特性完全相同，将振幅的变化检测出来。 负载电阻负载电阻 R 通常比旁路电容通常比旁路电容 C3 的高频容抗大得

49、的高频容抗大得多，而藕合电容多，而藕合电容 C4与旁路电容与旁路电容 C3 的容抗则远小的容抗则远小于高频扼流圈于高频扼流圈L3的感抗。因此初级回路上的信号的感抗。因此初级回路上的信号电压电压V12几乎全部降落在扼流圈几乎全部降落在扼流圈 L3 上。上。 初级回路电流经互感藕合，在次级回路两端感应初级回路电流经互感藕合，在次级回路两端感应产生次级回路电压产生次级回路电压Vab。由图可见，加在两个振。由图可见，加在两个振幅检波器的输人信号分别为幅检波器的输人信号分别为 只要处在耦合回路的通频带范围内，当调频波的只要处在耦合回路的通频带范围内，当调频波的瞬时频率变化时，瞬时频率变化时，V12 和和

50、Vab 的的振幅保持恒定。的的振幅保持恒定。 但但 V12 和和Vab 之间的相位关系随频率发生变化，之间的相位关系随频率发生变化，下面分析下面分析 V12 和和Vab之间的相位差随信号频率变化之间的相位差随信号频率变化的规律。的规律。 为使分析简单，先作两个合乎实际的假定：为使分析简单，先作两个合乎实际的假定： 初次级回路的品质因数均较高；初次级回路的品质因数均较高； 初、次级回路之间的互感藕合比较弱。初、次级回路之间的互感藕合比较弱。 这样，在估算初级回路电流时，就不必考虑初这样，在估算初级回路电流时，就不必考虑初级回路自身的损耗电阻和从次级反射到初级的级回路自身的损耗电阻和从次级反射到初

51、级的损耗电阻。于是可以近似地得到图损耗电阻。于是可以近似地得到图 8 .8.2 所示所示的等效电路的等效电路 初级回路电流初级回路电流 I1 在次级回路中感在次级回路中感应产生串联电动应产生串联电动势势代入代入I1 , VS 为：为：初级回路电流初级回路电流 I1 次级回路电压次级回路电压Vab可可根据等效电路求出：根据等效电路求出： 当信号频率当信号频率fin等于中心频率等于中心频率 f0 （即回路谐振频率）（即回路谐振频率）时，时， X2 = 0 ，于是，于是 Vab 为：为： 该式表明，次该式表明，次级回路电压级回路电压 Vab 比比 初级回初级回路电压路电压V12 超超前前 /2 当信

52、号频率当信号频率fin大于中心频率大于中心频率 f0时，时，XL2XC2,此时次此时次级回路总阻抗为：级回路总阻抗为： Z2 的相角的相角 为：为： 此时次级此时次级回路电压回路电压 Vab 为：为： 该式表明，该式表明， fin f0时，次级回路电压时，次级回路电压 Vab 超前于初超前于初级回路电压级回路电压V12 一个小于一个小于 /2 的角度（的角度（ /2 )XL2XC2X20, 0 同理，可以求出，当同理，可以求出，当 finf0 时，有：时，有： 该式表明，该式表明， fin f0时，时，VD1VD2，有，有 V ab 0当当 finf0时，时，VD1=VD2，有，有 V ab

53、0 可见可见, 鉴频器输出电压鉴频器输出电压 V ab 反映了输入信号瞬时频反映了输入信号瞬时频率偏移率偏移 ff，并可推出，并可推出 V ab与与ff成正比，又成正比，又ff与与调制信号调制信号 V V(t)(t)成正比，因此成正比，因此鉴频器输出电压鉴频器输出电压 V ab 也与也与 V V(t)(t)成正比，这就实现了调频波解调。成正比，这就实现了调频波解调。 Vab与与f f 之间的关系之间的关系曲线如图曲线如图8.1.28.1.2 鉴频曲线中间部分，鉴频鉴频曲线中间部分，鉴频器输出电压与瞬时频率偏器输出电压与瞬时频率偏移成线性关系，移成线性关系， 频率偏移越大鉴频器输出频率偏移越大鉴

54、频器输出电压也越大。电压也越大。 当当ff超过一定范围，由超过一定范围，由于耦合回路频率响应的影于耦合回路频率响应的影响，会造成鉴频器输出电响，会造成鉴频器输出电压随频移加大而下降。压随频移加大而下降。高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社 由该曲线可以看出，耦合很弱（即由该曲线可以看出，耦合很弱（即很小）时，很小）时，线性范围小，鉴频跨导高。一般，当线性范围小，鉴频跨导高。一般，当1.5以后，非以后，非线性就已经相当严重。反之，耦合比较紧，线性范围线性就已经相当严重。反之，耦合比较紧，线性范围就大，而鉴频跨导就小。但当就大，而鉴频跨导就

55、小。但当以上时，非线性以上时，非线性又严重起来。因此，通常选取又严重起来。因此，通常选取。 由于由于，当回路品质因数，当回路品质因数L不变时，逐不变时，逐渐加强耦合，鉴频跨导随之下降，但线性范围则随渐加强耦合，鉴频跨导随之下降，但线性范围则随之加宽。之加宽。End高频电子线路高频电子线路（第四版）张肃文主编（第四版）张肃文主编 高等教育出版社高等教育出版社 已调波信号在发送、传输和接收过程中，不可避免地已调波信号在发送、传输和接收过程中，不可避免地要受到各种干扰。有些干扰会使已调波信号的振幅发要受到各种干扰。有些干扰会使已调波信号的振幅发生变化，产生生变化，产生寄生调幅寄生调幅。 调幅信号上叠加的寄生调幅很难消除。由于调频信号调幅信号上叠加的寄生调幅很难消除。由于调频信号原本是等幅信号，故可以先用限幅电路