角度调制与解调电路

1、第五章第五章 角度调制与解调电路角度调制与解调电路5-1 5-1 概述概述5-3 5-3 变容二级管的间接调频电路变容二级管的间接调频电路5-2 5-2 变容二级管的直接调频变容二级管的直接调频5-4 5-4 扩大频偏的方法扩大频偏的方法5-5 5-5 调频波的解调（鉴频）调频波的解调（鉴频）5-1 5-1 概述概述一、角度调制的基本特性一、角度调制的基本特性二、调频波的实现方法二、调频波的实现方法三、变容二级管的特性和变容二级管直接调频的要求三、变容二级管的特性和变容二级管直接调频的要求5-1 5-1 概述概述1. 调制的涵义调制的涵义 任意一高频信号任意一高频信号 称为调幅称为调幅 (AM

2、)Cf( )( )( )vvkttt用称为调频称为调频(FM)CP( )( )( )vvkttt用称为调相称为调相(PM)其中调频和调相统称为调角。其中调频和调相统称为调角。一、角度调制的基本特性一、角度调制的基本特性mmcma( )cos( )vvVtVtVktt用2. 角度调制的基本特性角度调制的基本特性 1) 在时域中的变化规律在时域中的变化规律 i. 一般表达式一般表达式 FM:PM:FMcmcf0cos( )d )tVtkttvvcp( )( )ttktvcf( )( )( )ttkttvv cp( )dtdttkdtdt pMcmcpcosvvVtktcf00( )( )d( )d

3、ttttttkttvii)单音调制时调角波表达式单音调制时调角波表达式FM：cfm( )costk Vtcmcost(最大角频偏最大角频偏) mc0( )( )dsinttttttsincfctMtt(调频波的调制指数调频波的调制指数 )mf mk VmfMPM： cpm( )costtk VtpMcmcpcos(cos)VtMtvppmMk Vcpd ( )( )sindttMttmppm Mk Viii） 结论结论(FM与与PM波形对比波形对比) FM与与PM的共同点的共同点a）均是等幅波）均是等幅波b）表示式均用）表示式均用Mf，MP和和 描述描述Cm, FM与与PM的不同点的不同点:角

4、频率平均值角频率平均值:瞬时角频率变化的速度瞬时角频率变化的速度:瞬时角频率偏离中心频率瞬时角频率偏离中心频率 的最大值的最大值CmCa) FM：b)PM: 紧密联系紧密联系2）在频域中的变化规律）在频域中的变化规律调频的实质是调频的实质是实现频谱的非线性搬移实现频谱的非线性搬移0d ( )( )( )( ) ddttttttt或ppmMk Vmf1Mmfm k VmpMi) 实现频谱非线性搬移实现频谱非线性搬移所以调频是表现频谱的非线性搬移。所以调频是表现频谱的非线性搬移。ii）频带宽度）频带宽度(Hz) Mf1时为时为宽带调频宽带调频, CRfm2BWM Ff 2 BW 实际频带宽度实际频

5、带宽度中中n为阶数，为阶数，Mf为宗数为宗数若若n=0， 为载波分量为载波分量mfC()cosVMt若若n0，为无穷多对边带分量为无穷多对边带分量fJ ()nMFMmcfmccos(sin)Jcos()nfVtMtVMn tC2nn当时，是非线性谱线CRfBWMF2(1)+mCn=1J ()cos()nfVMn t有效频带宽度有效频带宽度3）能量关系）能量关系说明说明： 调频波平均功率恒等于载波功率。调频波平均功率恒等于载波功率。若若 变化，仅仅是各个变化，仅仅是各个分量的能量发生变化，而保持总的平均功率不变。分量的能量发生变化，而保持总的平均功率不变。fM2nfnJ()M1（载波功率载波功率

6、）22cmn2nvLcmaLf2J()VRPVMR2二、调频波的实现方法二、调频波的实现方法直接调频直接调频正弦波直接调频正弦波直接调频电抗管直接调频电抗管直接调频变容二极管直接调频变容二极管直接调频非正弦波直接调频：非正弦波直接调频：最后必须转换成正弦波调频最后必须转换成正弦波调频间接调频间接调频矢量法矢量法移相法移相法时延法时延法单级变容器二极管间接调频单级变容器二极管间接调频多级变容器二极管间接调频多级变容器二极管间接调频12 0.86三、三、变容二级管的特性和变容二级管直接调频的要求变容二级管的特性和变容二级管直接调频的要求1. 变容二级管的特性变容二级管的特性其中其中 为外加电压为外

7、加电压VB:PN结内建电位差结内建电位差Cj(0): 时的结电容时的结电容0n：变容二级管的变容指数：变容二级管的变容指数Q( )Vt j jj jn nB B0 0= =1+1+C CC C V V2 . 直接调频性能要求直接调频性能要求中心频率稳定中心频率稳定线性调制好线性调制好( )( )tt调制灵敏度要求高调制灵敏度要求高 要有要有大的最大角频偏大的最大角频偏mmfmmFm(rad/S V)(Hz/V)kVfSV 或 mfmmFm(rad/S V)(Hz/V)kVfSV 或 5-2 5-2 变容二级管的直接调频变容二级管的直接调频 用调制信号控制高频信号频率，使频率随调用调制信号控制高

8、频信号频率，使频率随调制信号作线性变化的过程。制信号作线性变化的过程。一、变容管全部接入振荡回路一、变容管全部接入振荡回路(理想直接调频理想直接调频)二、变容二极管部分接入直接调频二、变容二极管部分接入直接调频三、变容二级管直接调频电路举例三、变容二级管直接调频电路举例5-2 5-2 变容二级管的直接调频变容二级管的直接调频一、变容管全部接入振荡回路一、变容管全部接入振荡回路(理想直接调频理想直接调频)1 . 理想振荡回路理想振荡回路振荡回路由振荡回路由L、Cj构成，构成，C1为高频耦合电容，为高频耦合电容， 为高频扼流为高频扼流圈，圈， 为高频旁路电容为高频旁路电容2C等效回路等效回路1L2

9、 . 实现理想直接调频的条件实现理想直接调频的条件实现理想直接调频的条件：实现理想直接调频的条件：n=2最大角频偏最大角频偏mC m致命的缺点：致命的缺点：中心频率不稳定中心频率不稳定2jjQ11( )(1cos)ntmtLCLC2c(1cos)nmt二、变容二极管部分接入直接调频二、变容二极管部分接入直接调频1 . 电容串并概念电容串并概念Cj不串也不并不串也不并Cj串串C2Cj并并C1Cj串串C2并并C12 . 求部分接入直接调频的求部分接入直接调频的分析分析222C1C2C( )AcosAcostmtmt222222C1CCAA( )(1)Acoscos222mmtmtt结论结论： 串并

10、后调制的线性改善，但牺牲了调制灵敏度，即串并后调制的线性改善，但牺牲了调制灵敏度，即kf 实际实际n2，应取，应取n2 ，通过电容串并后使，通过电容串并后使n2 ，即可，即可 实现近似理想的调频。实现近似理想的调频。( ) t结论：结论：m 减低减低P倍，中心频率稳定度提高倍，中心频率稳定度提高P倍倍非线性失真系数非线性失真系数22m2f2m1AAVmkV2222CAcos0mt即取小的即取小的m，取小的，取小的A，经过电容串、并后可使，经过电容串、并后可使A20，可可实现近似理想直接调频实现近似理想直接调频。 提高频率稳定度和减小非线性失真均应使提高频率稳定度和减小非线性失真均应使三、三、变

11、容二级管直接调频电路举例变容二级管直接调频电路举例 电路电路1. 电路一电路一 电路分析电路分析直流供电直流供电振荡回路振荡回路2 . 电路二电路二 电路电路 电路分析电路分析 直流供电直流供电 振荡回路振荡回路3 . 电路三：电路三：晶体直接调频电路晶体直接调频电路4.直接调频电路特点：直接调频电路特点：l电路电路本身是振荡器本身是振荡器，属变容管部分接入，属变容管部分接入l 为为振荡回路的元件振荡回路的元件jCjCl控制控制 是是 信号信号5-3 5-3 变容二级管的间接调频电路变容二级管的间接调频电路一、概述一、概述二、变容二级管调相电路二、变容二级管调相电路三、变容二级管的间接调频三、

12、变容二级管的间接调频5-3 5-3 变容二级管的间接调频电路变容二级管的间接调频电路一、概述一、概述1.定义定义：若用：若用 信号实现调相，实际上就是对信号实现调相，实际上就是对 而言是实现调频，则称为间接调频。而言是实现调频，则称为间接调频。0dtt 2.实现方法实现方法矢量法：矢量法：时延法时延法移相法：移相法：mpmax6Mm0.26rad12m0.8rad CjQ1LC2C( )(1cos)ntmt二、二、变容二级管调相电路变容二级管调相电路1.单级变容二级管调相单级变容二级管调相 工作原理工作原理电路与等效电路电路与等效电路线性移相条件：线性移相条件： 结论结论实现线性调相的条件：实

13、现线性调相的条件：电路确定：电路确定：若提高若提高 ，必须采用，必须采用多级移相网络级联多级移相网络级联menmQme nmQmQBVmVVPMcmcecos(cos)VtnQ mtv,666m2 . 多级变容二级管调相电路多级变容二级管调相电路（以三级为例）（以三级为例）PMcmcecos(3cos)VtnmQtv3 . 调相电路特点调相电路特点载波信号由外电路晶振提供，载波信号由外电路晶振提供，中心频率稳定中心频率稳定Cj是移是移相网络元件相网络元件Cj受受 信号控制的信号控制的( )vt三、变容二级管的间接调频三、变容二级管的间接调频RC积分网络积分网络条件：条件：1RC mm( )si

14、nsinVttVtRC1、单级变容二级管间接调频、单级变容二级管间接调频 （电路举例）（电路举例）mQBVmVV mm33 VVC R esinnm Qt 工作原理工作原理 电路电路m( )cosvtVt组成积分网络组成积分网络33R C2 . 三级变容二极管间接调频三级变容二极管间接调频若若R3C3构成积分网络构成积分网络由三级单级变容管间接调频级连起来由三级单级变容管间接调频级连起来3 . 间接调频电路的特点间接调频电路的特点 由外电路晶振提供，由外电路晶振提供，中心频率稳定中心频率稳定Cj是是移相网络元件移相网络元件因积分网络的存在，因积分网络的存在，Cj受受 的积分信号的积分信号 的控

15、制的控制C0Fmcmcecos(3sin)Vtnm QtmQBVmVV mm33VV3C R e3sinnm Qt 5-4 5-4 扩大频偏的方法扩大频偏的方法一、一、扩大频偏的基本概念扩大频偏的基本概念1.倍频可以扩大绝对频偏，保持相对频偏不变倍频可以扩大绝对频偏，保持相对频偏不变2.混频保持绝对频偏不变，提高相对频偏混频保持绝对频偏不变，提高相对频偏二、二、扩大频偏的方法扩大频偏的方法1.采用倍频的方法采用倍频的方法2.既倍频又混频的方法既倍频又混频的方法3.电路采用平衡推挽的方法电路采用平衡推挽的方法5-5 5-5 调频波的解调（鉴频）调频波的解调（鉴频）一、概念一、概念二、实现鉴频的方

16、法二、实现鉴频的方法三、鉴频器举例三、鉴频器举例5-5 5-5 调频波的解调（鉴频）调频波的解调（鉴频）一、概念一、概念1. 定义：从调频波中还原出瞬时频率随调制信号定义：从调频波中还原出瞬时频率随调制信号 作线性变化的过程作线性变化的过程2. 实现鉴频方法的思考实现鉴频方法的思考3. 波形的变化方法波形的变化方法幅频变换网络幅频变换网络线性移相网络线性移相网络非线性变换网络非线性变换网络二、实现鉴频的方法二、实现鉴频的方法1. 用线性幅频网络实现鉴频用线性幅频网络实现鉴频(为斜率鉴频为斜率鉴频)2. 用移相网络实现鉴频用移相网络实现鉴频(为相位鉴频为相位鉴频)相位检波（鉴相）相位检波（鉴相）

17、叠加型鉴相叠加型鉴相乘积型鉴相乘积型鉴相相位鉴频是由移相网络和相位检波构成的相位鉴频是由移相网络和相位检波构成的相位鉴频相位鉴频i）线性的移相网络）线性的移相网络+叠加型检相器叠加型检相器=叠加型相位鉴频器叠加型相位鉴频器ii）线性的移相网络）线性的移相网络+乘积型鉴相器乘积型鉴相器=乘积型相位鉴频器乘积型相位鉴频器iii) 非线性网络非线性网络+低通滤波器低通滤波器=脉冲数字式鉴频器脉冲数字式鉴频器 单失谐回路斜率鉴频器单失谐回路斜率鉴频器 电路电路三、鉴频器举例三、鉴频器举例1. 斜率鉴频器斜率鉴频器 工作原理工作原理 特点特点： 是失谐在是失谐在LC回路幅频特性回路幅频特性 上升上升 沿

18、或下降沿线性段的中点。沿或下降沿线性段的中点。0CC, 双失谐回路斜率鉴频器双失谐回路斜率鉴频器 电路电路 点击演示 工作原理工作原理a）L1C1， L1C1的的Q值是相同的值是相同的b） ，而，而 对称地失谐在对称地失谐在 的两侧的两侧 （即（即 ）0102C0102,C01CC02c）包络检波器上下对称）包络检波器上下对称 特点特点 集成电路中双失谐斜率鉴频器集成电路中双失谐斜率鉴频器电路电路 工作原理工作原理 L1C1与与C2构成幅频变换线性网络，将构成幅频变换线性网络，将 输入变换为两个输入变换为两个 幅度按瞬时频率变换的幅度按瞬时频率变换的AM-FM波波FM12, 当当 ，得到，得到 为最大值为最大值V1max， 为最小值为最小值V2min；当当 从从 减小时，使减小时，使L1C1并联回路网络呈感抗，与并联回路网络呈感抗，与C2串联谐振时，串联谐振时，谐振频率为谐振频率为 ，可得，可得 为最大值为最大值V2max，但回路总阻抗接近为零，但回路总阻抗接近为零，所以所以 为最小值为最小值V1min01111L C1( ) t2( ) t01022( ) t1( ) tL1C1与与C2的电抗曲线的电抗曲线和和 幅频特性幅频特性1( ) t2( ) t 分别加到分别加到T1