高频电子线路课件7-2

1、第七章第七章 角度调制电路角度调制电路第二节第二节 调频方法的概述调频方法的概述调频定义：瞬时频率随调制信号线性变化调频定义：瞬时频率随调制信号线性变化调频要求：调频要求：（1）具有线性的调制特性，即）具有线性的调制特性，即（2）调制灵敏度要高，即）调制灵敏度要高，即kf要大要大（3）载波的频率稳定度要高）载波的频率稳定度要高 (4) 最大频偏与调制信号频率无关最大频偏与调制信号频率无关（5）无寄生调幅无寄生调幅)()(tuktfcmfmUk调频方法调频方法:2，间接调频：，间接调频：CLtu或控制)(1，直接调频：，直接调频：)sincos()sincos()(cos()(cos)(,cos

2、)(0tmtUtUKtUdttuKtUtutUtutUtufccmpccmtpccmmccmc则设： 可见调制信号积分可见调制信号积分后再调相可实现调频后再调相可实现调频第七章第七章 角度调制电路角度调制电路第三节第三节 变容二极管直接调频变容二极管直接调频一，变容二极管的特性一，变容二极管的特性(1)符号：符号：或或(2)等效电路：变容二极管等效电路：变容二极管(3)特性：特性：512/13/1:3 . 07 . 0:0:0超突变结型：突变结型：缓变结型：电容变化指数锗管：硅管：势垒电位时的结电容值偏压向反外加其中VUVUUuCuDDDrjr)1 (0DrjjUuCC变容管的变容管的Cj u

3、r曲线曲线注意：变容二极管必须在反偏压状态工作注意：变容二极管必须在反偏压状态工作二，基本原理二，基本原理 虚线左边是互虚线左边是互感耦合振荡器。感耦合振荡器。)()(tuVtuVVuQBCCr1.电路特点电路特点 虚线右边是变容虚线右边是变容二极管和它的偏置二极管和它的偏置电路。变容二极管电路。变容二极管的电容值影响振荡的电容值影响振荡器的频率。器的频率。)(1)(11jcjcCCCCCLt+-ru2.调频原理调频原理)(tuVuQr)1 (0DrjjUuCC.),()(,)()(,)(,)(则实现线性调频若满足变化随故振荡频率变化随从而变化随可见tukttuttuCtuupcjr)(1)(

4、11jcjcCCCCCLt三，电路分析三，电路分析(一一)在反向电压在反向电压ur(t)作用下作用下,变容二极管的电容值变容二极管的电容值Cj1,变容二极管结电容表达式变容二极管结电容表达式)(1 (0DrjjUtuCC,)(QrVtu)1 (0DQjjQUVCC，载波状态时0)(tu2,载波状态时变容二极管的结电容载波状态时变容二极管的结电容CjQ3,调制状态时变容二极管的结电容调制状态时变容二极管的结电容Cj时，设tUtumcos)(tUVtumQrcos)()cos1 (0DmQjjUtUVCC)cos1 (0QDmDQDjVUtUUVUC)cos1 (tmCjQ为电容调制度其中)/(Q

5、DmVUUm（一）变容二极管作为振荡回路的总电容（一）变容二极管作为振荡回路的总电容 当当C1没接入没接入, 且且Cc较大时，回路总电容仅仅是变容二较大时，回路总电容仅仅是变容二极管的结电容极管的结电容Cj时，振荡回路的等效电路如下图：时，振荡回路的等效电路如下图：1,瞬时振荡频率为瞬时振荡频率为)cos1 (11)(11tmCLCLtjQj2)cos1 (tmc22,实现线性调制的条件：实现线性调制的条件：tmtcccos)(此时此时最大频偏最大频偏ccmmtmax)(tmmtmtmtmtmtcccccc2cos) 12(8) 12(8cos2cos) 12(2! 21cos21 cos1

6、)(22222当当m很小可忽略三次方以上的高次项，则瞬时频率为：很小可忽略三次方以上的高次项，则瞬时频率为：3, 会产生什么影响：会产生什么影响：2.)cos)(22)(12(2! 31)cos)(12(2! 21cos21)cos1 (322tmtmtmtm中心角频率偏移项中心角频率偏移项二次谐波失真项二次谐波失真项可见可见 会导致如下影响：会导致如下影响：2线性调频所需项线性调频所需项1)中心频率会产生偏移，其偏移量为：中心频率会产生偏移，其偏移量为：ccm2) 12(82)调频波会产生非线性失真调频波会产生非线性失真, 二次谐波失真最大偏移为二次谐波失真最大偏移为cm22) 12(83)

7、调频波的最大频偏为：调频波的最大频偏为：ccccmmtm2)cos2(max4，当调频电路要求的相对频偏较小时，当调频电路要求的相对频偏较小时，m值就很小，值就很小，此时对此时对 的要求就不高。的要求就不高。2例：调频广播的中心频率为例：调频广播的中心频率为 若要求最若要求最大频偏为大频偏为 ,则则可见可见m很小，则对应的中心频率偏移量和非线性失真就很小，则对应的中心频率偏移量和非线性失真就很小，故对很小，故对 的要求不高的要求不高MHzfc)10888()104 . 1106 . 1 (1233cmffmkHzfm7524，当调频电路要求的相对频偏较大时，对，当调频电路要求的相对频偏较大时，

8、对 的要的要求就严格些。求就严格些。2（三）变容二极管部分接入振荡回路（三）变容二极管部分接入振荡回路jQcjQcjQcjQcjcjcCtmCCCCtmCCtmCCCCCCCCC)cos1 ()cos1 ()cos1 (111部分接入时振荡回路的等效电路如下图：部分接入时振荡回路的等效电路如下图： 变容二极管作为总电容实现调频时变容二极管作为总电容实现调频时,由于温度或偏置由于温度或偏置电压的不稳会导致变容二极管结电容发生变化电压的不稳会导致变容二极管结电容发生变化,因此其因此其中心频率的稳定度差中心频率的稳定度差.采用部分接入方式可改善此性能采用部分接入方式可改善此性能.)cos1 (11)

9、(111jQcjQcCtmCCCCLCLt将将 看成变容二极管，看成变容二极管， 不仅与不仅与 有关，还与有关，还与 有关。有关。CCjCcCC 和1例：例：求：其中容已知变容二极管的结电路的交流等效电路如图变容二极管直接调频电.33.10,15,10,102cos2)(, 2,40,)(1 ,213uHLuHLVUVttupFCUVtuCCDQjQDQjQj.,)2(.) 1 (minmaxBWfffm有效频带宽度调频波的最大频偏和和最小瞬时频率大调频波的载波频率及最jCLLtf)(21)() 1 (21调频波的瞬时频率为：解：)102cos2 . 01 ()(2102cos2 . 01)(

10、21)(102cos2 . 01 10102cos21 )(1 3213212323tfCLLtCLLtfpFtCtCUVtuCCcjQjjQjQDQjQjMHzCLLfjQc035. 5104010)33.1015(21)(2112621载波频率MHzffMHzffcc028. 4)2 . 01 (042. 6)2 . 01 (minmax最小瞬时频率最大瞬时频率MHzfffm007. 12028. 4042. 62)2(minmaxMHzFfFFfFmBWmmf016. 210210007. 1222) 1(2) 1(236第七章第七章 角度调制电路角度调制电路第四节第四节 石英晶体振荡器

11、直接调频石英晶体振荡器直接调频一，采用石英晶体振荡器直接调频的目的是要一，采用石英晶体振荡器直接调频的目的是要提高调频振荡的载波频率稳定度。提高调频振荡的载波频率稳定度。二，晶体振荡器直接调频的主要形式二，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，一是变容晶体振荡器采用变容二极管实现调频的形式有两种，一是变容二极管与并联型晶体振荡器的晶体相串联，二是变容二极管与并二极管与并联型晶体振荡器的晶体相串联，二是变容二极管与并联型晶体振荡器的晶体相并联。联型晶体振荡器的晶体相并联。三，并联型晶体振荡与变容二极管构成调频电三，并联型晶体振荡与变容二极管构成调频电路，无论

12、变容二极管的接入方式是与晶体串联路，无论变容二极管的接入方式是与晶体串联还是并联，晶体在电路中都必须等效为电感，还是并联，晶体在电路中都必须等效为电感，因此：因此：2)最大频偏为最大频偏为qqqpmfCCfff04121)振荡频率的变化范围要小于振荡频率的变化范围要小于qpff 3)最大相对频偏为最大相对频偏为041CCffqqm故最大相对频偏很小,0CCq四，晶体振荡直接调频的实际电路举例：四，晶体振荡直接调频的实际电路举例：第七章第七章 角度调制电路角度调制电路第五节第五节 调相电路调相电路一，调相方法的分类一，调相方法的分类 实现调相的方法通常有三类：第一类是可变移相法实现调相的方法通常

13、有三类：第一类是可变移相法调相，第二类是可变时延法调相，第三类是矢量合调相，第二类是可变时延法调相，第三类是矢量合成法调相。成法调相。二，可变移相法调相电路二，可变移相法调相电路（一）基本原理（一）基本原理1，将载波振荡信号通过一个受调制信号电压控制，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，即可实现调相的相移网络，即可实现调相2，可控相移网络有多种实现电路，其中应用最广，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。和变容二极管组成的单调谐回路。3，图，图7-12是变容二极

14、管单调谐回路调相电路。其中可控相是变容二极管单调谐回路调相电路。其中可控相移网络由变容二极管和电感移网络由变容二极管和电感L组成的单调谐回路，谐振频率组成的单调谐回路，谐振频率是由调制信号来实现。是由调制信号来实现。4，频率为，频率为 的载波信号通过单调谐回路，只有在调谐回路的载波信号通过单调谐回路，只有在调谐回路的谐振频率等于的谐振频率等于 时，不产生附加相移，通过谐振频率不等时，不产生附加相移，通过谐振频率不等于于 的调谐回路都会产生附加相移。因为谐振频率受调制信的调谐回路都会产生附加相移。因为谐振频率受调制信号控制，所以输出信号的相移也受调制信号控制。号控制，所以输出信号的相移也受调制信

15、号控制。ccc（二）调相过程（二）调相过程1，当调制信号，当调制信号 时，变容二极时，变容二极管反向电压管反向电压 。变容二极管的结。变容二极管的结电容电容 与与L组成谐振频率为组成谐振频率为 的谐振的谐振回路，其相频特性如图回路，其相频特性如图7-13曲线曲线(2)所所示，对载频输入信号，其输出电压附示，对载频输入信号，其输出电压附加相移为零。加相移为零。0)(tuQrVu jQCc3，当调制信号，当调制信号 时，变容二极管反向电压减小，结电容时，变容二极管反向电压减小，结电容加大，加大， 与与L组成谐振回路的谐振频率减小。其相频特性如图组成谐振回路的谐振频率减小。其相频特性如图7-13曲线曲线(3)所示，对输入为所示，对输入为 的载频信号，其输出电压有一个负的载频信号，其输出电压有一个负的附加相移的附加相移0)(tujCc2，当调制信号，当调制信号 时，变容二极时，变容二极管反向