第16讲 直接调频

1、( )( )( )cosccfcmttk u tt式中式中kf为比例常数，为比例常数，m为最大角频偏。为最大角频偏。调频信号的瞬时角频率为：调频信号的瞬时角频率为： 调制信号为调制信号为 u(t)=Umcost 载波信号为载波信号为 uc=Ucmcosct复习：调频信号的参数与波形复习：调频信号的参数与波形调角波的性质调角波的性质0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt 00( )( )ttd 调频信号的瞬时相位调频信号的瞬时相位 式中式中,0为信号的起始角频率。当为信号的起始角频率。当0=0时，时，式中，式中，mf 为调频指数。此处，也是最大相偏。为调频指数。此处，也是最

2、大相偏。调角波的性质调角波的性质sin()cos(sin) Refejmtj tFMCcfCutUt mtUe e 单音单音FM波的表示式为：波的表示式为：mfm最大角频偏、调频指数与调制信号角频率之最大角频偏、调频指数与调制信号角频率之间的关系式为：间的关系式为：调角波的性质调角波的性质FfMM 调角波的性质调角波的性质各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。各边频分量振幅值与对应阶贝塞尔函数成正比。各阶贝塞尔函数随各阶贝塞尔函数随mf增大变化的规律均是衰减增大变化的规律均是衰减振荡振荡, 能量较为集中。能量较为集中。调频信号调频信号u uFMFM( (t t) )在电阻在电阻R RL L

3、上消耗的平均功率为上消耗的平均功率为22222( )1()2()112F MA MLF McnfnLnfnF MccLutPRPUJmRJmPUPR 调频波的功率调频波的功率调角波的性质调角波的性质22222( )1()2()112F MA MLF McnfnLnfnF MccLutPRPUJmRJmPUPR 调频波与调相波的比较表调频波与调相波的比较表 调角波的性质调角波的性质FfM 调角波的性质调角波的性质第十六讲第十六讲 直接调频直接调频16.1 16.1 调频电路概述调频电路概述16.2 16.2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路16.3 16.3 非正弦波振荡器直接调频非

4、正弦波振荡器直接调频直接调频直接调频16.1 16.1 调频电路概述调频电路概述1 1直接调频法直接调频法 用调制电压直接控制振荡器的振荡频率用调制电压直接控制振荡器的振荡频率, ,使振荡频率使振荡频率f(t)f(t)按调制电压的规律变化。按调制电压的规律变化。调频方法调频方法频率调制的方式有频率调制的方式有 : : 直接调频直接调频 间接调频间接调频直接调频直接调频2 2间接调频法间接调频法 先对调制信号进行积分先对调制信号进行积分, 得到得到u1(t)=t0u(t)dt将将u1(t)作为调制信号进行调相作为调制信号进行调相, 则得到则得到:u(t)=Ucmcosct+kpu1(t) =Uc

5、mcos ct+kpt0u(t)dt实现了调频实现了调频, 称为间接调频。称为间接调频。直接调频直接调频图16-1 间接调频直接调频直接调频16.1.2 调频电路的主要性能指标调频电路的主要性能指标 dudSf 1 调频线性性调频线性性 调频电路输出信号的瞬时频偏与调制电压调频电路输出信号的瞬时频偏与调制电压的关系称为调频特性。的关系称为调频特性。2 调频灵敏度调频灵敏度 单位调制电压变化产生的角频偏称为调频单位调制电压变化产生的角频偏称为调频灵敏度灵敏度Sf。理想调频特性应该是线性的。理想调频特性应该是线性的。 直接调频直接调频 图16-2 调频特性曲线 U0f dudSf 直接调频直接调频

6、 实际电路的调频特性是非线性的实际电路的调频特性是非线性的, 其中线性其中线性部分能够实现的最大频偏称为最大线性频偏部分能够实现的最大频偏称为最大线性频偏。 3 最大线性调制频偏最大线性调制频偏(简称最大线性频偏简称最大线性频偏) 4载频稳定度载频稳定度 调频电路的载频调频电路的载频(即中心频率即中心频率)稳定性是接稳定性是接收电路能够正常接收而且不会造成邻近信道互收电路能够正常接收而且不会造成邻近信道互相干扰的重要保证。相干扰的重要保证。直接调频直接调频)1 ()0(BjjUuCC 为变容指数为变容指数, j（0）为外加电压为外加电压u时时的结电容值的结电容值, UB为结的内建电位差。为结的

7、内建电位差。 16. 2 16. 2 变容二极管直接调频电路变容二极管直接调频电路结电容结电容C Cj j为：为：1 1 变容二极管调频原理变容二极管调频原理 变容二极管是利用结的结电容随反向变容二极管是利用结的结电容随反向电压变化这一特性制成的一种压控电抗元电压变化这一特性制成的一种压控电抗元件。件。直接调频直接调频图16-3 变容二极管的符号及特性 变容二极管必须工作在反向偏压状态变容二极管必须工作在反向偏压状态, 工工作时需加负的静态直流偏压作时需加负的静态直流偏压UQ。)cos1 ()1 ()1 (tmcxcUuuccjQjQQBjQj 若交流控制电压若交流控制电压u为正弦信号为正弦信

8、号, 变容管上变容管上的电压为的电压为:u=-(UQ+u)=-(UQ+U m cos t)直接调频直接调频1)(QBmUUUm结电容调制度结电容调制度其中静态结构电容其中静态结构电容)1 ()0(BQjjQUUCc为归一化调制电压tmUUuxBQcos直接调频直接调频Rb2Rb1ReEcCcLCcVDuEQCbLcCjL(a)(b)Cc图16-4 变容管作为回路总电容全部接入回路 2 2 变容二极管直接调频性能分析变容二极管直接调频性能分析（1 1）C Cj j为回路总电容为回路总电容直接调频直接调频 若变容管上加若变容管上加u u( (t t),),就会使得就会使得C Cj j随时间随时间变

9、化（时变电容）变化（时变电容）, , 此时振荡频率为此时振荡频率为/2/211( )(1cos)(1cos)cjQtmtmtLCLC在上式中在上式中, ,若若=2=2, ,则得则得( )(1cos)( )cctmtt 直接调频直接调频一般情况下一般情况下,2,可以展开成幂级数可以展开成幂级数忽略高次项忽略高次项, ,上式可近似为上式可近似为222( )(1)cos8 22(1)cos28 2coscos2ccccccmmtmmtmttt 直接调频直接调频tcosm)12(2!21tcosm21)t (22 c二次谐波失真系数可用下式求出二次谐波失真系数可用下式求出:221(1)4 2mfmKm

10、c2ccmm)12(81m2 中中心心频频率率偏偏移移量量最最大大角角频频偏偏直接调频直接调频 当变容二极管选定后，增大当变容二极管选定后，增大m, ,可以增可以增大相对角频偏，但同时也增大了非线性失大相对角频偏，但同时也增大了非线性失真及中心角频率的偏移量。也就是说调频真及中心角频率的偏移量。也就是说调频波能达到的最大相对角频偏受到了限制。波能达到的最大相对角频偏受到了限制。 当当m选定后，提高载波频率可以增大最选定后，提高载波频率可以增大最大角频偏值。大角频偏值。直接调频直接调频图16-5 高频信号对电容的影响电容量随高频电压变化212212(1cos)jjQQCCCCCCCCCCmtC

11、图16-6 部分接入L C1C2Cj21212222111221()231(1)18421(1)(1)cQQC CL CCCApAppppppp pp 振荡频率为振荡频率为 （2 2）C Cj j作为回路部分电容接入回路作为回路部分电容接入回路直接调频直接调频16.3 16.3 非正弦波振荡器直接调频非正弦波振荡器直接调频 调频非正弦波转换为调频正弦波的理论基调频非正弦波转换为调频正弦波的理论基础是傅立叶级数。它们的基频分量为调频正弦础是傅立叶级数。它们的基频分量为调频正弦波。波。 张驰振荡器可形成调频方波和调频三角波张驰振荡器可形成调频方波和调频三角波发生器。属调频非正弦波发生器。发生器。属

12、调频非正弦波发生器。 调频非正弦波发生器加低通滤波器可以实调频非正弦波发生器加低通滤波器可以实现直接调频现直接调频。直接调频直接调频图16-7 三角波变为正弦波变换特性 UmuoUmuTuTttuo000UT 例例16-1 画出图所示中心频率为画出图所示中心频率为360MHz的的变容二极管压控振荡器中晶体管的直流通变容二极管压控振荡器中晶体管的直流通路和高频振荡回路路和高频振荡回路, 变容二极管的直流偏置变容二极管的直流偏置电路和低频控制回路。电路和低频控制回路。 直接调频直接调频解解: 晶体管直流晶体管直流通路通路, 需将所有需将所有电容开路、电容开路、 电感电感短路。变容二极短路。变容二极

13、管开路（因为它管开路（因为它工作在反偏状工作在反偏状态）。态）。直接调频直接调频 画变容二极管直流偏置电路画变容二极管直流偏置电路, 需将与变容需将与变容二极管有关的电容开路二极管有关的电容开路, 电感短路电感短路, 晶体管的晶体管的作用可用一个等效电阻表示。作用可用一个等效电阻表示。 由于变容由于变容二极管的反向二极管的反向电阻很大电阻很大, 可以可以将其它和它相将其它和它相连的电连的电阻作近阻作近似处理。似处理。直接调频直接调频 画高频振荡回路与低频控制回路前画高频振荡回路与低频控制回路前, 应仔应仔细分析每个电容与电感的作用。细分析每个电容与电感的作用。 保留工作电保留工作电容与工作电感

14、容与工作电感, 将将耦合电容与旁路耦合电容与旁路电容短路电容短路, 高扼圈高扼圈开路开路, 直流电源与直流电源与地短路。地短路。直接调频直接调频 对于低频控制通对于低频控制通路路, 需将与变容二极需将与变容二极管有关的电感短路，管有关的电感短路，除了低频耦合或旁路除了低频耦合或旁路电容短路外电容短路外, 其它电其它电容开路容开路, 直流电源与直流电源与地短路。地短路。直接调频直接调频 工作电容与工作电感是按照振荡器组成法工作电容与工作电感是按照振荡器组成法则设置的；耦合电容起隔直流和交流耦合作则设置的；耦合电容起隔直流和交流耦合作用用, 旁路电容对电阻起旁路作用旁路电容对电阻起旁路作用, 高扼圈对直高扼圈对直流和低频信号提供通路流和低频信号提供通路, 对高频信号起阻挡作对高频