概率论第十章课件

第十章角度调制与解调§10.1概述一、调频调频波的指标：1、频谱宽度2、寄生调幅3、抗干扰能力频率：调制信号频率、载波信号频率、频偏§10.1概述对鉴频器的要求：1、鉴频跨导：鉴频器的输出电压与输入调频波的瞬时频率偏移成正比，其比例系数叫鉴频跨导。2、鉴频灵敏度：主要是指为使鉴频器正常工作所需的输入调频波的幅度。二、鉴频鉴频方法：波形转换、信号过零点计数、符合门鉴频器3、鉴频频带宽度：鉴频特性曲线呈线性的频带宽度。4、寄生调幅的抑制。5、减小失真，提高稳定性。§10.2调频波的性质一、瞬时频率与瞬时相位tt0(t)t=0t=t(t)§10.2调频波的性质调频波的频率变化大小f与调制频率无关，最大相移与成反比；调相波的频率变化p与成正比，最大相移则与无关。振幅调制信号0t0t00t0t00t0§10.2调频波的性质三、调频波的频谱和频带宽度式中频谱特点：1.2.mf的影响，mf越大，频谱越丰富。3.调频前后输出功率不变。频谱宽度：理论上：无限宽实际上：有限宽§10.2调频波的性质（窄带）例：利用以上近似公式计算以下三种情况下调频波的频带宽度解：三、调频波的频谱和频带宽度（宽带）§10.3调频方法概述二、直接调频原理直接调频的基本原理是利用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并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，都可以完成直接调制的任务。如果载波由LC自激振荡器产生，则振荡频率主要由谐振回路的电感元件和电容元件所决定。因此，只要能用调制信号去控制回路的电感或电容，就能达到控制振荡频率的目的。将可以由电压控制参数的可变电容元件或电抗管电路，并联在振荡回路上，即可实现直接调频。§10.3调频方法概述二、间接调频原理缓冲级调相器调频波输出载波振荡器积分器调制信号§10.4变容二极管调频优点：能够获得较大的频移，线路简单，且几乎不需要调制功率。缺点：中心频率稳定度低。一、基本原理V000tCjCjtvRvRC0V0§10.4变容二极管调频二、电路分析上式说明，瞬时频率的变化中，含有：3、中心频率相对与未调制时的载波频率产生的偏移为：（引起中心频率不稳定的因素）2、与调制信号二次、三次谐波成线性关系的成分，其最大频移为：（频率调制的非线性失真）1、与调制信号成线性关系的成分，其最大频移为：（调频时所需的频偏）§10.4变容二极管调频二次非线性失真系数为：三次非线性失真系数为：如果选取较小的m值，则非线性失真以及中心频率偏移均很小，兼顾频偏和非线性失真的要求，常取m0.5。对小频偏情况：若取=1，则二次、三次非线性失真系数以及中心频率偏移均可为零。总的非线性失真系数：对大频偏情况：取接近2，调制具有良好的线性。§10.4变容二极管调频例：已知振荡器指标为：频率f0=50MHz，振幅为5V，回路总电容C=30pF，选用变容二极管2CC1C，它的静态直流工作电压V0=4V，静态点的电容C0=75pF。设接如系数p=0.2，要求最大频移为f1=75kHz，调制灵敏度。试估算中心频率偏移和非线性失真。解：2CC1C为变容二极管，。查表，当时，§10.4变容二极管调频可求得：中心频率偏移：调频波的非线性失真系数为：由：通常势垒电势VD比V0小很多，可以忽略，所以因而能满足调制灵敏度高的要求。§10.6晶体振荡器直接调频一、直接调频的主要优缺点可以获得较大频偏，但是中心频率的稳定性（主要是长期稳定性）较差。二、稳定中心频率的几种常用方法（1）对石英晶体振荡器进行直接调频。（2）采用自动频率控制电路。（3）利用锁相环路稳频。三、变容二极管与振荡回路的两种连接方式（1）与石英晶体并联。（2）与石英晶体串联。§10.6晶体管振荡器调频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影响调频信号中心频率的稳定度。§10.7间接调频：由调相实现调频二、调相的方法1、谐振回路或移相网络的调相方法（1）利用谐振回路调相主振器之后的放大器，其输入信号即载波振荡的角频率是固定的。当放大器的负载回路调谐时，放大器的输出电压与输入电压反相。设负载回路电容在调制信号v(t)=Vf(t)控制下变化了C，且C与v(t)成线性关系，即若：（C0是回路初始电容）回路相对失谐为：§10.7间接调频：由调相实现调频由于回路失谐，输出电压便产生一个附加的相移，它与失谐的关系为：若，则上式可近似写为：所以：说明，在满足与两个条件，附加相移与调制信号成线性关系。二、调相的方法1、谐振回路或移相网络的调相方法（1）利用谐振回路调相§10.7间接调频：由调相实现调频（2）利用移相网络调相由矢量图有当时，上式近似为二、调相的方法1、谐振回路或移相网络的调相方法VOVRVCBI2ViViAAB++VOVCCVR+VCT+ViCR调制信号输入主振器移相器平衡调幅器加法器调相波输出§10.7间接调频：由调相实现调频（网络移相法与矢量合成法）的共同缺点是：调制系数很小。2、矢量合成调相法（阿姆斯特朗法）二、调相的方法CABminmax放大器增益Ap主振器移相器乘法器加法器调相波输出v(t)Apv(t)A0cos0t§10.7间接调频：由调相实现调频三、间接调频的实现晶体振荡器积分器移相器缓冲级平衡调幅器晶体振荡器相加器倍频器N1混频器倍频器N2调频波输出调相器调频器调制信号输入f0§10.8相位鉴频器概念：相位鉴频器是根据第一类鉴频方法，利用回路的相位-频率特性来实现调幅-调频变换的。一、相位鉴频器的工作原理输入电路的初级回路C1、L1和次级回路C2、L2均调谐于调频波的中心频率f0。D1、R、C3和D2、R、C3组成上、下两个振幅检波器。电位关系：L2b’a’_+C3C3aC1_C4MC2D1D2RRb+_Va’b’+V12V12L3L1c§10.8相位鉴频器鉴频器输出电压为：当fin=f0时，VD1=VD2，所以Va’b’=0；一、相位鉴频器的工作原理090°90°0090°+当fin>f0时，VD1>VD2，所以Va’b’>0；(=arctg(X2/R2))当fin<f0时，VD1<VD2，所以Va’b’<0。因此输出电压Va’b’反映了输入信号瞬时频率的偏移f。设初次级回路相同，它们具有相同的品质因数Q，均调谐于中心频率f0，谐振阻抗RP。当失谐为f时，相应的广义失谐为：§10.8相位鉴频器二、相位鉴相器回路参数的选择初次级回路之间的耦合系数为：与此相应的耦合因数为：初次级回路电压为：（激励电流恒定）§10.8相位鉴频器相应的次级回路电压为：得鉴频特性的数学表示式：式中二、相位鉴相器回路参数的选择§10.8相位鉴频器由该曲线可以看出，耦合很弱（很小）时，线性范围小，鉴频跨导高。由该曲线还可以看出，鉴频特性曲线的峰值点大约发生在附近。则有：又由QL可以求得：01234560.10.20.30.40.52341＝0.5§10.8相位鉴频器三、电容耦合相位鉴频器Rba_V12_+C1C4+V12L1L2D1D2C3C3Rb’a’+_Va’b’L3C2C5电容耦合相位鉴频器的电路与电感耦合相位鉴频器的电路的主要区别有两点：1、初、次级回路电感L1和L2分别屏蔽起来或采用闭合磁路铁粉芯线圈，因而初、次级之间没有电感耦合。2、初、次级之间是由电容C4和C5耦合的。+ab+C5C4_V12L2D1D2C3b’a’_Va’b’+_C2C1VO1VO2L1+_§10.9比例鉴频器它与相位鉴频器的输入电路完全相同；但是这里把二极管D2反接了，因此a’b’两点间的电压不再是差电压，而变成了和电压，即为了使此和电压维持恒定，在a’b’两点间接入一个大电容C6。L2c+_C3MC2D1D2C5C4R1R2bb’a’+_+_L3L1C6aV