笫 6章 调制与解调
6.1 幅度调制
6.2 角度调制
6.2.1 角调调制的基本概念
6.2.2 频率调制信号的性质
6.2.3 实现频率调制的方法与电路
6.2.3.1 实现方法：即直接调频和间接调频。
6.2.3.2 调频电路的技术指标
6.2.3.3 变容二极管直接调频电路
6.2.3.4 其他直接调频电路
6.2.4 调频波的解调方法与电路
6.2.5 数字信号的相位调制
6.2.3 实现频率调制的方法与电路
6.2.3.1 实现方法：即直接调频和间接调频。
1、直接调频
?直接调频就是直接使振荡器的频率随调制信号成 线性关系
变化 。例如，在一个由 LC回路决定振荡频率的振荡器中，将
一个可变电抗元件接入回路，使可变电抗元件的电抗值随调
制电压而变化。即可使振荡器的振荡频率随调制信号而变化。
如,变容二极管直接调频电路。
?优点：易于得到比较大的频偏。
?缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。
?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。
?优点：载波中心频率稳定度较好。
2、间接调频
?利用调频波与调相波之间的关系：
])(c o s [)( 0
0
???? ??? ? dvKtVtv ftFccmFM
])(c o s [)( 01 ?? ??? tvKtVtv fpccmPM
返回
6.2.3.2 调频电路的技术指标
1、调制特性
?被调振荡器的频率偏移与调制电压
的关系称为调制特性，并表示为,)( fc vgf
f ??
?在一定电压范围内,调制特性应近似为直线特性。
2、调制灵敏度
?调制电压变化单位数值所产生的
频率偏移称为调制灵敏度。
f
F v
fS
?
??
?在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。
3、最大频偏
mf?
4、中心频率稳定度
?调频信号的瞬时频率是以稳定的中心频率（载波频率）为
基准变化的。如果中心频率不稳定，就有可能使调频信号的
频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。
因此，对于调频电路，不仅要满足频偏的要求，而且要使
中心频率保持足够高的稳定度。
6.2.3.3 变容二极管直接调频电路
（ 1）变容二极管的特性
?变容管是利用 PN结来实现的。 PN结的
电容包括势垒电容和扩散电容两部分。
?
?
)1(
0
V
C
C
?
?
?变容管利用的是势垒电容，
所以 PN结是反向偏置的 。
0 V
C ? 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,其 = 1/3；
突变结变容管,其 = 1/2 ；
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。
?
（ 2）变容二极管的调制特性分析
?加到变容管两端的电压，
它由三部分组成：
BV
即偏置电压,
调制电压
和回路振荡电压。 )(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,tVtv mf ?? ? c o s)(
tVVv mB ??? ? c o s
附图一
1、大频偏调制特性分析：
C
C
C C
CC
CC
CC ?
?
???
2
2
1
?
?
)1(
0
V
C
C
?
?
tVVv mB ??? ? c o s
?得：
式中,表示变容管在只有偏置电压 作用时
所呈现的电容。
?
?
)1(
0'
0
BV
C
C
?
?
BV
称为 电容调制度,因,故 。??? ?
B
m
c V
Vm
Bm VV ?? 1?cm
?
??
??
??
???
)c o s1(
]c o s1[)1(
]c o s)1[()
c o s
1(
'
00
00
tm
C
t
V
VV
C
t
VV
C
tVV
C
C
c
B
mB
mBmB
c
??
?
?
?
??
?
???
?
??
?
?
?
??
可展开为：
1)2)(1(!31)1(!211)1( 32 ?????????? xxnnnxnnnxx n ?
]2c o s)1
2
(
8
)1
2
(
8
c o s
2
1[
])c o s)(1
2
(
2!2
1
c o s
2
1[
22
2
?
?
?????????
???????
tmmtmf
tmtmff
cccc
ccc
?????
???
?????????? tmmtm
f
ff
ccc
c
c 2c o s)1
2
(
8
)1
2
(
8
c o s
2
22 ?????
?可得调制特性为,
利用展开式：
?可得 振荡频率 的表示式为：
22/
'
0
]c o s1[]c o s1[
2
1
2
1 ??
??
tmftm
LCLC
f ccc
C
???????
返回
上式表明,
?有与调制信号成正比的成分 。
tm c ?c os
2
?
?有常数成分，产生了中心频率的偏移 。 2)1
2
(
8 c
m???
?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。
???? tm c 2c o s)1
2
(
8
2??
?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 的区域 。2??
上图
最大频偏
mf?
f
F v
fS
?
??调制灵敏度
2、小频偏调制特性分析（略）：
C
C
CC
CC
CC
?
???
2
2
1
?设法使变容管工作在 的区域，
可以近似实现线性调频的功能 。1??
（ 3）变容二极管的调制电路分析 返回
1C
1D2C
1PL
PF1000
K1 dE
)(tv f
3C
4C
5C
6C
7C 8C
9C
PF10
PF15
PF15
PF33
PF1000
PF1000 PF1000
PF1000
2PL
3PL
4PL
L
2R
3R
K3.4
K10
VV CC 12?
2D
'A
A
'B
B
1R
L
1D
2D
3C
5C
A
'A
2C
1D 2D
B
'B
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
附图一
举例：
求调频波的中心频率 ；
最大频偏； 和 。
cf
)(tvO )(tvC
PFC D 40 ?
3C
1C
DC
2C
1L
H?100
F?02.0
F?02.0
PF1000
K100
K18
K9 VE d 6?
)(tv?
)(tvC
)(tvO
PF4
H?21
PF20
PF20
（ 0.2v）
)(102c o s2)( 3 Vttv ??? ?
f
0f
0.26
0.34
0.49
0.31
0.13
0.04
举例（ 解）
PFC 12?? M H Zf c 10?
FFmBW F 8)1(21.0 ???
3?Fm
KH ZFmf Fm 3???
)(]102s i n3102c o s [2.02)( 37 Vtttv o ????? ??
)(]102s i n3102c o s [2.02)102c o s (24)( 373 Vttttv C ????????? ???
?调频波的中心频率：
?最大频偏：
?求,)(tv
O
?求,)(tv
C
?查表：
* 6.2.3.4 其他直接调频电路
（ 1）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。
?工作频率高。
?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
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。
?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 的区域 。2??
?用了两个变容二极管背靠背联接电路。这可以减弱变容管
对回路 Q值的影响。
?用晶体振荡器直接调频电路。
（ 2）晶体振荡器直接调频电路
1C
2C
D TJ
qX
CX
qL
qC
0C
CC
?工作频率在 和 之间。
qf pf
qq
q CLf ?2
1?
0
0
2
1
CC
CC
L
f
q
q
q
p
?
?
?
?两个谐振频率十分接近。
qqp pffff 2
1????
?电路中晶体当等效电感元件用。
? 频偏小，但中心频率稳定度高。
（ 2）晶体振荡器直接调频电路（ 续 1）
)( fX
0
qf pf
f
?晶体与变容二极管串联，
'
qf
'
qq ff ? f?
更小。
?中心频率的稳定度提高，
频偏更小。
qL
qC
0C
L
0
qf
pf
f
'
qf
)( fX
qq ff ?
'
L?
（ 3）加大频偏的措施：串电感，并电感。
频偏加大。
（ 2）晶体振荡器直接调频电路（ 续 2）
qL
qC
0C
L
0
qf
pf
f
)( fX
并电感
?当工作频率很高时，, 支路呈
电感，再并电感, qL qC
L
pp ff ?
'
'
pf
?频偏加大。
6.2.3.5 间接调频 （ *）
? 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
? 优点：载波中心频率稳定度较好。 调相器：
?载波通过失谐回路法。
?矢量合成法。
? 脉冲调相法。
（ 1）变容二极管调相电路 （失谐回路法）
tm
f
f
c ??
? c o s
20
?
F?02.0 K100
K100
K10 K10
PF1000PF1000
PF1000
LDC
载波
调制
信号
+9v
)( 0f
)(c o s t?
输出
变容二极管的调制特性为,
载波频率为,回路对载波失谐，则并联回路失谐产生的
相移是（失谐较小）,cf
tmQtmQtg
f
fQtg
cc ??????
??? ?? c o s)c o s()2( 1
0
1 ???
并联回路产生的相移是按调制信号的规律变化。（即调相）
（ 2）矢量合成法调相电路
)c o ss i n (s i n)c o sc o s (c o s
)c o sc o s ()(
tmttmt
tmttv
pcpc
pcPM
????
???
??
?
tmtmtmm pppp ?????? c o s)c o ss i n (,1)c o sc o s (),15(
12
??
ttmttv cpcPM ?? s i nc o sc o s)( ????
附图一：加到变容管两端的电压示意图
0 V
C
返回一
BV
回路振荡电压
调制电压
返回二
6.1 幅度调制
6.2 角度调制
6.2.1 角调调制的基本概念
6.2.2 频率调制信号的性质
6.2.3 实现频率调制的方法与电路
6.2.3.1 实现方法：即直接调频和间接调频。
6.2.3.2 调频电路的技术指标
6.2.3.3 变容二极管直接调频电路
6.2.3.4 其他直接调频电路
6.2.4 调频波的解调方法与电路
6.2.5 数字信号的相位调制
6.2.3 实现频率调制的方法与电路
6.2.3.1 实现方法：即直接调频和间接调频。
1、直接调频
?直接调频就是直接使振荡器的频率随调制信号成 线性关系
变化 。例如，在一个由 LC回路决定振荡频率的振荡器中，将
一个可变电抗元件接入回路，使可变电抗元件的电抗值随调
制电压而变化。即可使振荡器的振荡频率随调制信号而变化。
如,变容二极管直接调频电路。
?优点：易于得到比较大的频偏。
?缺点：中心频率的稳定度不易做得很高。
?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。
?优点：载波中心频率稳定度较好。
2、间接调频
?利用调频波与调相波之间的关系：
])(c o s [)( 0
0
???? ??? ? dvKtVtv ftFccmFM
])(c o s [)( 01 ?? ??? tvKtVtv fpccmPM
返回
6.2.3.2 调频电路的技术指标
1、调制特性
?被调振荡器的频率偏移与调制电压
的关系称为调制特性，并表示为,)( fc vgf
f ??
?在一定电压范围内,调制特性应近似为直线特性。
2、调制灵敏度
?调制电压变化单位数值所产生的
频率偏移称为调制灵敏度。
f
F v
fS
?
??
?在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。
3、最大频偏
mf?
4、中心频率稳定度
?调频信号的瞬时频率是以稳定的中心频率（载波频率）为
基准变化的。如果中心频率不稳定，就有可能使调频信号的
频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。
因此，对于调频电路，不仅要满足频偏的要求，而且要使
中心频率保持足够高的稳定度。
6.2.3.3 变容二极管直接调频电路
（ 1）变容二极管的特性
?变容管是利用 PN结来实现的。 PN结的
电容包括势垒电容和扩散电容两部分。
?
?
)1(
0
V
C
C
?
?
?变容管利用的是势垒电容，
所以 PN结是反向偏置的 。
0 V
C ? 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,其 = 1/3；
突变结变容管,其 = 1/2 ；
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。
?
（ 2）变容二极管的调制特性分析
?加到变容管两端的电压，
它由三部分组成：
BV
即偏置电压,
调制电压
和回路振荡电压。 )(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,tVtv mf ?? ? c o s)(
tVVv mB ??? ? c o s
附图一
1、大频偏调制特性分析：
C
C
C C
CC
CC
CC ?
?
???
2
2
1
?
?
)1(
0
V
C
C
?
?
tVVv mB ??? ? c o s
?得：
式中,表示变容管在只有偏置电压 作用时
所呈现的电容。
?
?
)1(
0'
0
BV
C
C
?
?
BV
称为 电容调制度,因,故 。??? ?
B
m
c V
Vm
Bm VV ?? 1?cm
?
??
??
??
???
)c o s1(
]c o s1[)1(
]c o s)1[()
c o s
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00
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V
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c
B
mB
mBmB
c
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?
?
??
?
???
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?
?
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可展开为：
1)2)(1(!31)1(!211)1( 32 ?????????? xxnnnxnnnxx n ?
]2c o s)1
2
(
8
)1
2
(
8
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2
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])c o s)(1
2
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f
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ccc
c
c 2c o s)1
2
(
8
)1
2
(
8
c o s
2
22 ?????
?可得调制特性为,
利用展开式：
?可得 振荡频率 的表示式为：
22/
'
0
]c o s1[]c o s1[
2
1
2
1 ??
??
tmftm
LCLC
f ccc
C
???????
返回
上式表明,
?有与调制信号成正比的成分 。
tm c ?c os
2
?
?有常数成分，产生了中心频率的偏移 。 2)1
2
(
8 c
m???
?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。
???? tm c 2c o s)1
2
(
8
2??
?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 的区域 。2??
上图
最大频偏
mf?
f
F v
fS
?
??调制灵敏度
2、小频偏调制特性分析（略）：
C
C
CC
CC
CC
?
???
2
2
1
?设法使变容管工作在 的区域，
可以近似实现线性调频的功能 。1??
（ 3）变容二极管的调制电路分析 返回
1C
1D2C
1PL
PF1000
K1 dE
)(tv f
3C
4C
5C
6C
7C 8C
9C
PF10
PF15
PF15
PF33
PF1000
PF1000 PF1000
PF1000
2PL
3PL
4PL
L
2R
3R
K3.4
K10
VV CC 12?
2D
'A
A
'B
B
1R
L
1D
2D
3C
5C
A
'A
2C
1D 2D
B
'B
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
附图一
举例：
求调频波的中心频率 ；
最大频偏； 和 。
cf
)(tvO )(tvC
PFC D 40 ?
3C
1C
DC
2C
1L
H?100
F?02.0
F?02.0
PF1000
K100
K18
K9 VE d 6?
)(tv?
)(tvC
)(tvO
PF4
H?21
PF20
PF20
（ 0.2v）
)(102c o s2)( 3 Vttv ??? ?
f
0f
0.26
0.34
0.49
0.31
0.13
0.04
举例（ 解）
PFC 12?? M H Zf c 10?
FFmBW F 8)1(21.0 ???
3?Fm
KH ZFmf Fm 3???
)(]102s i n3102c o s [2.02)( 37 Vtttv o ????? ??
)(]102s i n3102c o s [2.02)102c o s (24)( 373 Vttttv C ????????? ???
?调频波的中心频率：
?最大频偏：
?求,)(tv
O
?求,)(tv
C
?查表：
* 6.2.3.4 其他直接调频电路
（ 1）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。
?工作频率高。
?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
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。
?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 的区域 。2??
?用了两个变容二极管背靠背联接电路。这可以减弱变容管
对回路 Q值的影响。
?用晶体振荡器直接调频电路。
（ 2）晶体振荡器直接调频电路
1C
2C
D TJ
qX
CX
qL
qC
0C
CC
?工作频率在 和 之间。
qf pf
q CLf ?2
1?
0
0
2
1
CC
CC
L
f
q
q
q
p
?
?
?
?两个谐振频率十分接近。
qqp pffff 2
1????
?电路中晶体当等效电感元件用。
? 频偏小，但中心频率稳定度高。
（ 2）晶体振荡器直接调频电路（ 续 1）
)( fX
0
qf pf
f
?晶体与变容二极管串联，
'
qf
'
qq ff ? f?
更小。
?中心频率的稳定度提高，
频偏更小。
qL
qC
0C
L
0
qf
pf
f
'
qf
)( fX
qq ff ?
'
L?
（ 3）加大频偏的措施：串电感，并电感。
频偏加大。
（ 2）晶体振荡器直接调频电路（ 续 2）
qL
qC
0C
L
0
qf
pf
f
)( fX
并电感
?当工作频率很高时，, 支路呈
电感，再并电感, qL qC
L
pp ff ?
'
'
pf
?频偏加大。
6.2.3.5 间接调频 （ *）
? 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
? 优点：载波中心频率稳定度较好。 调相器：
?载波通过失谐回路法。
?矢量合成法。
? 脉冲调相法。
（ 1）变容二极管调相电路 （失谐回路法）
tm
f
f
c ??
? c o s
20
?
F?02.0 K100
K100
K10 K10
PF1000PF1000
PF1000
LDC
载波
调制
信号
+9v
)( 0f
)(c o s t?
输出
变容二极管的调制特性为,
载波频率为,回路对载波失谐，则并联回路失谐产生的
相移是（失谐较小）,cf
tmQtmQtg
f
fQtg
cc ??????
??? ?? c o s)c o s()2( 1
0
1 ???
并联回路产生的相移是按调制信号的规律变化。（即调相）
（ 2）矢量合成法调相电路
)c o ss i n (s i n)c o sc o s (c o s
)c o sc o s ()(
tmttmt
tmttv
pcpc
pcPM
????
???
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tmtmtmm pppp ?????? c o s)c o ss i n (,1)c o sc o s (),15(
12
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ttmttv cpcPM ?? s i nc o sc o s)( ????
附图一：加到变容管两端的电压示意图
0 V
C
返回一
BV
回路振荡电压
调制电压
返回二
