笫章调制与解调ppt课件

1、 （1变容二极管的特性变容二极管的特性n 变容管是利用半导体PN结的势垒电容随反向电压变化制成的一种二极管。)1(0VCC 变容管PN结必须反向偏置。0VC V为变容管两端加的电压，V = 0时变容管的等效电容为 。0C 变容指数为 ，它是一个取决于PN结的结构和杂质分布情况的系数。缓变结变容管，缓变结变容管， 其其 = 1/3；突变结变容管，突变结变容管， 其其 = 1/2 ；超突变结变容管，其超突变结变容管，其 = 2。 接触电位差为 ，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V。 加到变容管两端的电压，它由三部分组成：即偏置电压即偏置电压 ， 调制电压调制电压 和回路振荡电压。和回路振荡电压。B

2、V)(tvf 通常，回路振荡电压幅度较小，可以认为变容管所呈现的电容主要由偏置电压 和调制电压 决定。BV)(tvf 假定调制信号为单频余弦信号， ，则加于变容管两端的电压 v 为：tVtvmfcos)(tVVvmBcos附图一附图一n变容二极管作为振荡回路总电容的调频原理分析：变容二极管作为振荡回路总电容的调频原理分析：n假定振荡器的振荡频率由该回路决定。假定振荡器的振荡频率由该回路决定。 为变容二极管的电为变容二极管的电容，则回路的谐振频率也即振荡器的振荡频率为容，则回路的谐振频率也即振荡器的振荡频率为n )1(0VCCctVVvmBcoscCcLCf21 得：式中： 表示变容管在只有偏置

3、电压 作用时所呈现的电容。该电容参与决定调频波的中心频率。)1 (00BVCCBV称为电容调制度，因称为电容调制度，因 ，故，故 。BmcVVmBmVV1cm)cos1 (cos1 )1 (cos)1()cos1 (0000tmCtVVVCtVVCtVVCCcBmBmBmBc可展开为：可展开为：1)2)(1(! 31) 1(! 211)1 (32xxnnnxnnnxxn2cos) 12(8) 12(8cos21 )cos)(12(2!21cos21 222tmmtmftmtmffccccccctmmtmfffccccc2cos) 12(8) 12(8cos222 可得调制特性为：可得调制特性为

4、：利用展开式：利用展开式： 可得振荡频率的表示式为：22/0cos1 cos1 2121tmftmLCLCfcccC返回返回ccmfmf2tmmtmfffccccc2cos) 12(8) 12(8cos222 有与调制信号成正比的成分。有与调制信号成正比的成分。tmccos2 有常数成分，产生了中心频率的偏移。有常数成分，产生了中心频率的偏移。2) 12(8cm 有与调制信号频率各次谐波成比例的成分，从而使频率调制有与调制信号频率各次谐波成比例的成分，从而使频率调制过程产生了非线性失真。过程产生了非线性失真。tmc2cos) 12(82 为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使为了减

5、小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使变容管工作在变容管工作在 的区域。的区域。2n实际调频电路中变容管上还作用着高频振荡电压，会影响调频实际调频电路中变容管上还作用着高频振荡电压，会影响调频线性、振荡幅度产生寄生调幅）、中心频率稳定度等。线性、振荡幅度产生寄生调幅）、中心频率稳定度等。CCCCCCCC221实际调频电路中使变容管部分接入振荡回路实际调频电路中使变容管部分接入振荡回路如上图，这样频偏会减小。如上图，这样频偏会减小。上图上图)cos1 (tmffcc（3变容二极管的调频电路分析变容二极管的调频电路分析n变容二极管的调频电路组成：变容二极管的调频电路组成：nLC振荡器一般三点

6、式）变容管控制电路。振荡器一般三点式）变容管控制电路。（3变容二极管的调频电路分析续变容二极管的调频电路分析续2）1C1D2C1PLPF1000K1dE)(tvf3C4C5C6C7C8C9CPF10PF15PF15PF33PF1000PF1000PF1000PF10002PL3PL4PLL2R3RK3 . 4K10VVCC122DAABB返回返回1RL1D2D3C5CAA2C1D2DBB电路特点：电路特点： 两个变容二极管，并且同极性对接，通常称为背靠背联接。 对振荡信号来说，两只变容管是串联的，可以看出，在这种情况下，每个变容管上所加有的振荡电压仅为谐振回路两端电压的一半。 对从B-B端加入

7、的直流偏置电压和调制电压来说，两只变容管相当于并联。所以，两管所处的偏置点和受调状态是相同的。 当加于变容管两端振荡电压幅度较大时，变容管可能工作于导通状态，这将降低回路的Q值。上图上图附图一附图一F02. 0H100VVCC123C1CDC2C1LH100F02. 0F02. 0PF1000K100K18K9VEd6)(tv)(tvC)(tvOPF4H21PF20PF20求调频波的中心频率求调频波的中心频率 ；最大频偏；最大频偏； 和和 。cf)(tvO)(tvCPFC40（0.2v r m s）)(102cos2)(3Vttvf0f0.260.340.490.310.130.04PF100

8、0PF1000)(tvOF02. 0PFC12MHZfc10FFmBWF8) 1(21 . 03FmKHZFmfFm3)(102sin3102cos2 . 02)(37Vtttvo)(102sin3102cos2 . 02)102cos(24)(373VttttvC 调频波的中心频率： 最大频偏： 求 ：)(tvO 求 ：)(tvC变容管上所加电压有三部分：偏置电压、调制信号、高频振荡变容管上所加电压有三部分：偏置电压、调制信号、高频振荡（1变容二极管直接调频电路的优缺点变容二极管直接调频电路的优缺点 电路简单，变容管本身体积小。电路简单，变容管本身体积小。 工作频率高。工作频率高。 易于获得

9、较大的频偏。易于获得较大的频偏。 产生了中心频率的偏移。由于偏置电压漂移，温度变化等产生了中心频率的偏移。由于偏置电压漂移，温度变化等会改变变容管呈现的电容，从而影响中心频率的稳定度等。会改变变容管呈现的电容，从而影响中心频率的稳定度等。 在频偏较大时，非线性失真较大。在频偏较大时，非线性失真较大。 为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使为了减小非线性失真，在变容管调频电路中，总是设法使变容管工作在变容管工作在 的区域。（变容管部分接入振荡回路）的区域。（变容管部分接入振荡回路）2 用两个变容二极管背靠背联接电路或变容管部分接入振荡回路用两个变容二极管背靠背联接电路或变容管部分接入

10、振荡回路这可以减弱变容管对回路这可以减弱变容管对回路Q值的影响。值的影响。 用晶体振荡器直接调频电路。用晶体振荡器直接调频电路。1C2CDTJqXCXqLqC0CCC工作频率在工作频率在 和和 之间。之间。qfpfqqqCLf210021CCCCLfqqqp 两个谐振频率十分接近。两个谐振频率十分接近。qqppffff21 电路中晶体当等效电感元件用。电路中晶体当等效电感元件用。n 频偏小，但中心频率稳定度高。频偏小，但中心频率稳定度高。CCqfqf)(fX0qfpff 晶体与变容二极管串联，晶体与变容二极管串联，qfqqff 中心频率的稳定度提高，频偏中心频率的稳定度提高，频偏很小相对频偏很

11、小相对频偏 量级）。量级）。 qLqC0CL0qfpffqf)(fXqqffL（3加大频偏的措施：串电感，并电感。加大频偏的措施：串电感，并电感。调频时，瞬时调频时，瞬时频率可在频率可在 与与 之间变，之间变，所以频偏加大。所以频偏加大。qfpf410qfqLqC0CL0qfpff)(fX并电感并电感 当工作频率很高时，当工作频率很高时， ， 支路呈支路呈电感，再并电感电感，再并电感 ， qLqCLppffpfn调频时，瞬时频率可在调频时，瞬时频率可在 n 之间变，频偏可加大。之间变，频偏可加大。pf 先将调制信号进行积分处理，再进行调相而得到调频波，其方框如下图所示。上图上图n 优点：载波中

12、心频率稳定度较好。优点：载波中心频率稳定度较好。调相器：调相器： 载波通过失谐回路法。载波通过失谐回路法。 矢量合成法。矢量合成法。 脉冲调相法。脉冲调相法。F02. 0K100K100K10K10PF1000PF1000PF1000LDC 载波调制调制信号信号+9v)(0f)(costtmffccos20输出输出当变容管当变容管 或或m较小较小 时调制特时调制特性近似为：性近似为：100KHz与与1000PF组成积分电路，载波频率为组成积分电路，载波频率为 ，回路对载，回路对载波失谐，则并联回路失谐产生的相移是失谐较小）：波失谐，则并联回路失谐产生的相移是失谐较小）：0ftmQtmQtgff

13、Qtgcccos)cos()2(101并联回路产生的相移是按调制信号的规律变化。（即调相）并联回路产生的相移是按调制信号的规律变化。（即调相）若要增加相偏，可采用多级单回路构成的变容管调相电路。若要增加相偏，可采用多级单回路构成的变容管调相电路。2)cossin(sin)coscos(cos)coscos()(tmttmttmttvpcpcpcPMtmtmtmmppppcos)cossin(, 1)coscos(),15(12ttmttvcpcPMsincoscos)(l采用倍频器扩展频偏，采用混频器搬移载频。采用倍频器扩展频偏，采用混频器搬移载频。l 例：在一窄带调频中，晶体振荡器载波频率为

14、例：在一窄带调频中，晶体振荡器载波频率为100kHz100kHz，调制信号频率为调制信号频率为100Hz100Hz。为了保证线性调频，矢量合成。为了保证线性调频，矢量合成调相器的调制指数调相器的调制指数mPmP取取0.2441rad0.2441rad。 如果发射机要求如果发射机要求产生载波频率为产生载波频率为100MHz100MHz，频偏为，频偏为75kHz75kHz的调频波，如何的调频波，如何实现？实现？2441. 0pFmmHzFmfFm41.241002441. 0l倍频加变频Armstrong间接调频 tvf192倍频晶体振荡器带通滤波器16倍频带通滤波器功率放大器HzfKHzfc41

15、.24100MHzfL45.25KHzMHz687. 42 .19KHzMHz687. 425. 6KHzfMHzfc75100n 解调方法解调方法1、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容将在、利用锁相环路实现解调。有关这种解调方法的内容将在第第7章锁相环路中讨论。章锁相环路中讨论。2、利用调频波的过零信息实现解调、利用调频波的过零信息实现解调 例如脉冲计数式鉴频器例如脉冲计数式鉴频器 调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在相同的调频波的频率是随调制信号变化的，所以它们在相同的时间间隔内过零点的数目将不同。当瞬时频率高时，过零点时间间隔内过零点的数目将不同。当瞬时频率高时，过零点的

16、数目就多，瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频的数目就多，瞬时频率低时，过零点的数目就少。利用调频波的这个特点，可以实现解调。例如波的这个特点，可以实现解调。例如BE1调制度测量仪。调制度测量仪。)(tvFM)(tvP)(tvw)(tvD脉冲计数式鉴频器示意图脉冲计数式鉴频器示意图3、将调频波变换为调相、将调频波变换为调相调频波，使相位的变化与瞬时频率调频波，使相位的变化与瞬时频率的变化成正比，然后用相位检波器解调，即可得到所需信号。的变化成正比，然后用相位检波器解调，即可得到所需信号。例如：正交鉴频器。这种方法的方框图如下所示。例如：正交鉴频器。这种方法的方框图如下所示。 为了实现调频波

17、到调相调频波的变换，通常是用将调频波延时 时间的方法。0t 在 满足一定条件时，可以得到相位变化与瞬时频率变化成正比的调相调频波。0t 对于由单频余弦信号 对载波调频所得到的调频信号将其延时所得到的调频信号将其延时 后可表示为：后可表示为：0t)(sin)(cos)(000ttmttttvFcFMtVtvmfcos)(0t 假如 的值较小，使得 ，1cos,sin000ttt则上式可简化为：)cossincos)(000ttmttmtttvFcFcFM可以看出，这是一个调相-调频波。其中 为原调频信号的相角；tmtFcsin而 则为一附加相位，该附加相位与调制信号成正比。因而，这个附加相位部分包含了调制信号的信息。ttmtFccos00该式表明，调频波延时该式表明，调频波延时 后，得到一个调相后，得到一个调相-调频波。调频波。0t 这里需要注意，这个结果是在假定 较小的情况下得到的，通常要求延时 。/2 . 00t0t4、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅、将等幅调频波变换为幅度变化与频率变化成正比的调幅-调频调频波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号波。因为调频波的频率变化与调制信号成正比，所以变换后信号的幅度变化也与调制信号成正比。然后用幅度解调器解调，即可的幅度变化也与调制信号成