第五章 角度调制与解调电路
§ 5-1 概述
§ 5-3 变容二级管的间接调频电路
§ 5-2 变容二级管的直接调频
§ 5-4 扩大频偏的方法
§ 5-5 调频波的解调(鉴频)
§ 5-1 概述一、角度调制的基本特性二、调频波的实现方法三、变容二级管的特性和变容二级管直接调频的要求
§ 5-1 概述
1,调制的涵义任意一高频信号称为调幅 (AM)
Cf() ( ) ( )v v kt tt用 称为调频 (FM)
CP() ( ) ( )v v kt tt用 称为调相 (PM)
其中调频和调相统称为调角。
一、角度调制的基本特性
m m c m a( ) c o s (() )vvV t V t V kt t用
2,角度调制的基本特性
1) 在时域中的变化规律
i,一般表达式
FM:
PM:
F M c m c f Ω0c o s( ( ) d )
tV t k t tvv
cp( ) ( )t t k t v
cf( ) ( ) ( )t t k t tvv

cp()
d t d ttk
d t d t

p M c m c pc o svvV t k t
cf
00
( ) ( )d ( )d
tt
t t t t k t t v
ii)单音调制时调角波表达式
FM:
c f m( ) c o st k V t Ω
cm c o s t Ω
(最 大角频偏 )
mc
0( ) ( ) d si n
tt t t t t Ω
Ω
s i nc f ct M t tΩ
(调频波的调制指数 )
mf Ω mkV
mf
ΩM

PM:
cp Ω m( ) c o st t k V Ω t
p M c m c pc o s( c o s )V t M t +v
pp Ω mM k V?
cp
d ( )( ) s i n
d
tt M t
t
Ω Ω
m p p Ω mM k V
iii) 结论 (FM与 PM波形对比 )
◆ FM与 PM的共同点
a)均是等幅波
b)表示式均用 Mf,MP和 描述Cm,,Ω
◆ FM与 PM的不同点
:角频率平均值
:瞬时角频率变化的速度
:瞬时角频率偏离中心频率 的最大值
C?
Ω
m C?
a) FM,b)PM:
◆ 紧密联系
2)在频域中的变化规律调频的实质是 —— 实现频谱的非线性搬移
0
d ( )( ) ( ) ( ) d
d
ttt t t t
t

pp Ω m?M k V
mf 1M
Ω Ω
mf Ω m kV
mpM Ω Ω
i) 实现频谱非线性搬移所以调频是表现频谱的非线性搬移。
ii)频带宽度
(Hz)
Mf<<1时为 窄带调频,CRBW F? 2
Mf>>1时为 宽带调频,C R f m2B W M F f2
BW实际频带宽度中 n为阶数,Mf为宗数若 n=0,为载波分量m f C( ) c o s?V M t
若 n≠0,为无穷多对边带分量

◆ fJ ( )n M
F M m c f m cc o s ( s in ) J c o s ( )

nfV t M Ω t V M n Ω t
C 2n Ω n当 时,是 非 线 性 谱 线
C R fBW M F2( 1)
+
mC
n = 1
J ( ) c o s( ) nfV M n Ω t
有效频带宽度
3)能量关系说明,
调频波平均功率恒等于载波功率。 若 变化,仅仅是各个分量的能量发生变化,而保持总的平均功率不变。
fM
2
nf
n
J ( )M?

1
( 载波功率 )
22
c m n 2
n
v
L
cm
a
L
f
2
J ( )

V
R
P
VM
R2
二、调频波的实现方法
直接调频正弦波直接调频电抗管直接调频变容二极管直接调频非正弦波直接调频,最后必须转换成正弦波调频间接调频矢量法移相法时延法单级变容器二极管间接调频多级变容器二极管间接调频
12

≤ 0.8
6

三,变容二级管的特性和变容二级管直接调频的要求
1,变容二级管的特性其中 为外加电压?
VB:PN结内建电位差
Cj(0),时的结电容0
n:变容二级管的变容指数
Q ()Vt

j
j n
B
0
=
1+
C
C
υ
V
2,直接调频性能要求
◆ 中心频率稳定
◆ 线性调制好 Ω( ) ( )tt
◆ 调制灵敏度要求高
◆ 要有大的最大角频偏 m
m
f
Ω m
m
F
Ω m
( r a d / S V )
( H z / V )

k
V
f
S
V

mf Ωmm
FΩm(rad/SV)(Hz/V)
kVfSV 或
§ 5-2 变容二级管的直接调频用调制信号控制高频信号频率,使频率随调制信号作线性变化的过程。
一、变容管全部接入振荡回路 (理想直接调频 )
二、变容二极管部分接入直接调频三、变容二级管直接调频电路举例
§ 5-2 变容二级管的直接调频一、变容管全部接入振荡回路 (理想直接调频 )
1,理想振荡回路振荡回路由 L,Cj构成,C1为高频耦合电容,为高频扼流圈,为高频旁路电容2C
等效回路
1L
2,实现理想直接调频的条件
◆ 实现理想直接调频的条件,n=2
◆ 最大角频偏 mC m
◆ 致命的缺点,中心频率不稳定
2
j jQ
11( ) ( 1 c os ) nt m t
L C L C Ω2c (1 c o s ) nmt Ω
二、变容二极管部分接入直接调频
1,电容串并概念
① Cj不串也不并 ② Cj串 C2
③ Cj并 C1 ④ Cj串 C2并 C1
2,求部分接入直接调频的
◆ 分析
2 2 2C 1 C 2 C( ) A c o s A c o stm Ω tm Ω t
2 2 2 2
22
C 1 C C
AA( ) ( 1 ) A c o s c o s 2mm Ω t Ω t
◆ 结论,
● 串并后调制的线性改善,但牺牲了调制灵敏度,即 kf ↓
● 实际 n≠2,应取 n> 2,通过电容串并后使 n↓≈2,即可实现近似理想的调频。
()t?
◆ 结论:
m● 减低 P倍,中心频率稳定度提高 P倍
● 非线性失真系数 22 Ω m2f2
Ω m1
A AVmk V
2 2 22CA c o s 0m Ω t
即取小的 m,取小的 A,经过电容串、并后可使 A2→0,
可 实现近似理想直接调频 。
● 提高频率稳定度和减小非线性失真均应使三,变容二级管直接调频电路举例
① 电路
1,电路一
② 电路分析
● 直流供电
● 振荡回路
2,电路二
① 电路
② 电路分析直流供电振荡回路


3,电路三,晶体直接调频电路
4.直接调频电路特点:
电路 本身是振荡器,属变容管部分接入
为 振荡回路的元件jC
jC?控制 是 信号
§ 5-3 变容二级管的间接调频电路一、概述二、变容二级管调相电路三、变容二级管的间接调频
§ 5-3 变容二级管的间接调频电路一、概述
1.定义,若用 信号实现调相,实际上就是对而言是实现调频,则称为间接调频。Ω?
Ω Ω0 d
t t
2.实现方法矢量法:
时延法移相法,m p m a x π6M
m
π 0.26 r a d
12
m 0,8 π r a d
C
jQ
1
LC
2C( ) ( 1 c o s )
nt m t Ω
二,变容二级管调相电路
1.单级变容二级管调相工作原理
● 电路与等效电路




线性移相条件:
结论实现线性调相的条件:
电路确定:
若提高,必须采用 多级移相网络级联
menm Q
me nm Q
Ω m
QB
Vm
VV
P M c m c ec o s ( c o s )V t n Q m tv Ω
,,
π
6 ≤
π
6 ≤
π
6 ≤






m
2,多级变容二级管调相电路 (以三级为例)
P M c m c ec o s ( 3 c o s )V t n m Q tv Ω
3,调相电路特点载波信号由外电路晶振提供,中心频率稳定
Cj是移 相网络元件
Cj受 信号控制的Ω()v t
三、变容二级管的间接调频
RC积分网络 条件:
1RC
Ω
Ω mΩ Ω m( ) s i n s i nVt Ω tV Ω t
RC Ω



1、单级变容二级管间接调频 (电路举例)
Ω m
QB
Vm
VV

Ω m
Ω m
33
VV CR Ωe s i nn m Q Ω t
● 工作原理
● 电路
m( ) c o sv Ωt V t
组成积分网络
33RC
2,三级变容二极管间接调频

● 若 R3C3构成积分网络由三级单级变容管间接调频级连起来
3,间接调频电路的特点由外电路晶振提供,中心频率稳定
Cj是 移相网络元件因积分网络的存在,Cj受 的积分信号 的控制Ω? Ω
C?



0 F m c m c ec o s ( 3 s i n )V t n m Q t Ω
Ω m
QB
Vm
VV

Ω mΩ m
33
VV
3C R Ω e3 s i nnm Q Ω t

§ 5-4 扩大频偏的方法一,扩大频偏的基本概念
1.倍频可以扩大绝对频偏,保持相对频偏不变
2.混频保持绝对频偏不变,提高相对频偏二,扩大频偏的方法
1.采用倍频的方法
2.既倍频又混频的方法
3.电路采用平衡推挽的方法
§ 5-5 调频波的解调(鉴频)
一、概念二、实现鉴频的方法三、鉴频器举例
§ 5-5 调频波的解调(鉴频)
一、概念
1,定义:从调频波中还原出瞬时频率随调制信号作线性变化的过程
2,实现鉴频方法的思考
3,波形的变化方法幅频变换网络线性移相网络非线性变换网络



二、实现鉴频的方法
1,用线性幅频网络实现鉴频 (为斜率鉴频 )
2,用移相网络实现鉴频 (为相位鉴频 )
① 相位检波(鉴相)
叠加型鉴相乘积型鉴相


相位鉴频是由移相网络和相位检波构成的
② 相位鉴频
i)线性的移相网络 +叠加型检相器 =叠加型相位鉴频器
ii)线性的移相网络 +乘积型鉴相器 =乘积型相位鉴频器
iii) 非线性网络 +低通滤波器 =脉冲数字式鉴频器
① 单失谐回路斜率鉴频器电路三、鉴频器举例
1,斜率鉴频器

工作原理特点,是失谐在 LC回路幅频特性 上升沿或下降沿线性段的中点。
0 C C,


② 双失谐回路斜率鉴频器电路●
点击演示工作原理
a) L1C1,L1C1的 Q值是相同的
b),而 对称地失谐在 的两侧
(即 )
0 1 0 2 C 01 02, C?
0 1 C C 0 2
c)包络检波器上下对称特点


③ 集 成电路中双失谐斜率鉴频器电路●
工作原理
◆ L1C1与 C2构成幅频变换线性网络,将 输入变换为两个幅度按瞬时频率变换的 AM-FM波
FM?
12,
当,得到 为最大值 V1max,为最小值 V2min;
当 从 减小时,使 L1C1并联回路网络呈感抗,与 C2串联谐振时,
谐振频率为,可得 为最大值 V2max,但回路总阻抗接近为零,
所以 为最小值 V1min
01
11
1
LC 1()t? 2()t?
01?
02?
2()t?
1()t?
L1C1与 C2的电抗曲线 和 幅频特性1()t? 2()t?


分别加到 T1,T2的基极( T1,T2 射随器作为缓冲级,
在 T1,T2的射极输出后分别加到两个晶体管峰值包络检波器 T3,T4的基极,T3,C3,T4,C4 分别与 T5,T6的输入电阻构成检波器),则在 T5,T6基极分别得到调解电压:
1? 2,?
0 1 d 1 mV 0 2 d 2 mV
01? 02?,经 T5,T6差分放大后单端输出实现了鉴频
d 1m 2m idav ()
2
V V A
鉴频特性曲线



2,相位鉴频器
① C1与 RCL分压电路
11
2 1 1
O
e
O
jj
2( ) 1j1j
C R C RV V V
Q

实现线性相移条件:
π( ) (πa r c t a n
6 )2 t
则 2V 1V超前 π
( ) a r c t a n2
相位为
② 乘积型相位鉴频 (或称 正交鉴频器,或称差动峰值鉴频器)
框图电路


工作原理为大信号,衰减 10倍后经 C1与 RCL分压后为1? S?
00 12Π t h t h
2 2 2 2
II qqi
k T k T

2
av Π CiR
0C
a v 2 m
T2 π
A I R V
V
鉴频特性
e
C
2( ) a r c ta n Q

0C
a v 2 m
T
πsin ( ),sin ( )
2 π 12
A I R V
V 若 ≤

0C
a v 2 m
T
πsin ( ),sin ( )
2 π 12
A I R V
V 若 ≤