高频电子电路-8.3.2-压控振荡器直接调频电路课件

VCO的特点：瞬时频率随外加控制信号的变化而变化。

VCO式中：U为振荡信号的振幅，

:当

时的振荡频率，k

f为:VCO控制灵敏度。

8.3.2压控振荡器直接调频电路

用调制信号电压控制振荡回路的参数，如回路电容C或回路电感L，并使振荡频率ω正比于所加调制信号电压，即可实现调频。

在直接调频法中常采用压控振荡器（VoltageControlOscillator）作为频率调制器来产生调频信号。VCO中最常用的压控元件：变容二极管

由晶体管和场效应管组成的电抗电路。

压控振荡器直接调频：优点：可获得较大频偏.缺点：中心频率稳定性差，常采用自动频率微调（automaticfrequencycontrol，AFC）电路来克服载频偏移。仿真休息1休息2通常有：，压控振荡器的输出信号即为调频信号。1.变容二极管

扩散电容(diffusioncapacitance)正向偏置，电容效应比较小。

势垒电容(barriercapacitance)反向偏置，势垒区呈现的电容效应。

所以为利用PN结的电容，PN结应工作在反向偏置状态.8.3.3变容二极管直接调频电路

（VaractordiodedirectFM）PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。结电容Cj与反偏电压uR的关系：式中Co：

时的电容值（零偏置电容）反向偏置电压，UD：PN结势垒电位差。

γ

：结电容变化指数，通常γ=1/2—1/3，经特殊工艺制成的超突变结电容γ

=1—5

可以看出C

j与uR之间是非线性关系，即变容二极管属于非线性电容，这种非线性电容基本上不消耗能量，产生的噪声量级也较小，是较理想的高效率，低噪声非线性电容。休息1休息2PN结具有电容效应

设在变容二极管上加一个静态工作电压Uo和一个单频调制信号

，则结反偏电压：

而结电容：

其中：

为静态工作点的结电容。

表示结电容调制深度的调制指数。

休息1休息2CjuRUQuRtCjtCjQ

为了突出调频性能的分析，下图只画出了它的高频交流等效电路，没有画出直流馈电电路，

2.变容二极管直接调频的原理电路

图中；C3为高频偶合电容，C4为偶合隔直电容，LB为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，Cj与振荡器回路并联，R1，R2为Cj的偏置电路，为Cj提供静态直流偏压

，而二极管的反偏电压为：

休息1休息2+uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+uΩ-R1+Uo-则由上电路可知，振荡频率为：

;而

为了简化电路分析，如果设：，则有

所以：有

其中：

为未加调制信号（）时的振荡频率，3．

调频性能分析即为调频振荡器的中心频率。讨论：1设γ=2即满足线性调频。

2

当则

LC1C2CjVT+uR-（利用级数展开忽略高次项，

可近似为：

是由Cj—Vd的非线性而引起的。虽然

（2）

：与调频频率有关的最大频偏，虽然

（3）

：由于Cj—uR的非线性作用，使频偏中增加了Ω的谐波分量（2Ω）而引起的附加频偏，会造成调频接收时的非线性失真，应尽量减少这种失真。其中：（1）

：为中心频率的偏移量另外，定义调频灵敏度：休息1休息21.间接调频法

高稳定度载波振荡器

相位调制器积分电路多级倍频和混频器宽带窄带8.3.4间接调频电路

但最大频偏小的缺点可以通过多级倍频器后获得符合要求的调频频偏，另外采用混频器变换频率可以得到符合要求的调频波工作范围。

采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得中心频率稳定度高的调频信号。在间接调频时，要获得线性调频必需以线性调相为基础。但在实现线性调相时，要求最大瞬时相位偏移

，因而线性调相的范围很窄，因此转换成的调频波的最大频偏

很小，即：m

f<<1，这是间接调频法的主要缺点.间接调频法就是利用调相方法来实现调频。

R1R2R3R4C1C2C3C4CjL载波输入间接调频的关键电路是调相器.高稳定度振荡器

调相器

积分器2.变容二极管调相电路

如果忽略二次方以上各项，可得回路的谐振频率为：

将变容二极管接在高频放大器的谐振回路里，就可构成变容二极管调相电路。

CjLUQ=9V载波输入调相波输出回路的频率偏移为：

在高Q值及谐振回路失谐不大的情况下，并联LC谐振回路电压和电流间的相位关系为：Oωωoω幅频特性Δ

φπ/6-π/6当Δ

φ

<π/6（或30o）时，tanΔ

φ≈Δ

φ可得:表明:单级LC谐振回路在满足Δ

φ

<π

/6（30o）的条件下，回路输出电压的相移是与输入调制电压uΩ(t)成线性关系的。

如果将调制电压uΩ(t)先积分后再加在变容二极管上，则单级LC谐振回路输出电压的瞬时频率ω(t)就与输入调制电压uΩ(t)成线性关系，即可实现对调制电压uΩ(t)的间接调频。调相波输出载波输入8.4调频波的解调原理及电路

8.4.2振幅鉴频器（斜率鉴频器slopediscriminator）8.4.3相位鉴频器

8.4.4比例鉴频器

8.4.5移相乘积鉴频器

8.4.1鉴频方法及其实现模型

调频信号的解调是从调频波 中恢复出原调制信号过程，完成调频波解调过程的电路称为频率检波器第一种方法，将调频波通过频率—幅度线性变换网络，将调频波变换成调频—调幅波，再通过包络检波器检测出反映幅度变化的解调电压。把这种鉴频器称为斜率鉴频器，或称振幅鉴频器。

将调频波进行特定的波形变换，根据波形变换特点的不同，可归纳以下几种实现方法：

8.4调频波的解调原理及电路

8.4.1鉴频方法及其实现模型

休息1休息21.鉴频方法频率—幅度线性变换网络包络检波器uΩtuFMtuFM-AMt第二种方法，将调频波通过频率—相位线性变换网络，变换成调频—调相波，再通过鉴相器检测出反映相位变化的解调电压。把这种鉴频器称为相位鉴频器。第三种方法，是随着近年来集成电路的广泛应用，在集成电路调频机中较多采用的移相乘积鉴频器。它是将输入FM信号经移相网络后生成与FM信号电压正交的参考信号电压，它与输入的FM信号电压同时加入相乘器，相乘器输出再经低通滤波器滤波后，便可还原出原调制信号。

1.鉴频方法

休息1休息2频率—相位线性变换网络

相位检波器uFMuFM-PMuΩ

相乘器

低通滤波器uFMuΩ90o移相网络第四种方法，先将调频波通过非线性变换网络，变换为调频脉冲序列，该脉冲序列含有反映该调频信号瞬时频率变化的平均分量，因而通过低通滤波器便可得到反映平均分量变化的解调电压。也可将调频脉冲序列通过脉冲计数器，直接得到反映瞬时频率变化的解调电压。将这种鉴频器称为脉冲计数式鉴频器。

非线性变换网络低通滤波器或脉冲计数器uFM调频脉冲序列uΩ2.鉴频器的主要特性

休息1休息2

能全面描述鉴频器主要特性的是鉴频特性曲线。它是指鉴频器的输出电压uo(t)，与其输入FM信号瞬时频偏Δω(t)或Δf(t)之间的关系曲线

foΔfuo(t)Bm

鉴频器Δf(t)uo(t)或：

由调频信号的特征：所以：表明：要实现无失真鉴频，要求鉴频器的输出电压 与频偏成线性关系，上图为典型鉴频特性曲线。

（1）定义：鉴频跨导

表明了鉴频特性曲线在原点（ ）处的斜率，反映了鉴频灵敏度。显然希望SD值应尽可能的大。

对鉴频特性曲线的主要要求：（2）鉴频器的峰值频带宽度Bmax，要求Bmax应大于输入FM波最大频偏摆动范围 。

Bm≥2Δfm

①FM波——(频幅变换)——FM—AM②FM—AM——(包络检波)——恢复原调制信号8.4.2振幅鉴频器（斜率鉴频器slopediscriminator）1．失谐（detvning）回路振幅鉴频器振幅鉴频器的基本原理：

频-幅变换器包络检波器返回最简单的频—幅变换电路就是并联谐振回路，其工作特点：例1：失调单回路振幅鉴频器FM信号工作在并联谐振回路的失谐区，即（ ），当FM波电流流过回路时，由于瞬时频率随调制信号而变化，对于不同的瞬时频偏，失谐回路阻抗不同，回路输出电压 振幅将随瞬时频偏 的变化而变化，即可完成 变换。

f

ofp利用失调回路中幅频特性曲线的倾斜部分来实现鉴频，解调后失真较大，是一种原始类型的鉴频器，现在已很少采用，但它对理解振幅鉴频器对FM波的解调有很直观的意义。仿真fpius(fo)返回

是在集成电路中常用的振幅鉴频器，如下图电路就是电视接收机中伴音信号处理的集成电路TA7176A中的差分峰值鉴频器。

1电路结构

二差分峰值振幅鉴频器T1，T2为射随器；T3，T4为峰值检波器；T5，T6为差分对放大器；9，10管脚外接频—幅移相变换网络：C1，C2，L12电路分析：设：L1C1并联电路的谐振频率为：L1,C1和C2组成的并、串谐振回路的谐振频率为：

虽然有：1．当 时，并串回路呈现串联谐振，由于串联谐振阻抗最小，故u1最小，而电流最大，故u2最大。

f

of

o2f

o1故V1最大，而C