2009年 11月 10日 1
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
2009年 11月 10日 2
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。
2009年 11月 10日 3
6.2.3.1 实现方法：即直接调频和间接调频。 （ 续）
?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
2009年 11月 10日 4
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：
)( f
c
vg
f
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。 fF v
fS
?
??
3、最大频偏
?在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。 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。
2009年 11月 10日 5
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。
?
2009年 11月 10日 6
（ 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：
即偏置电压,
调制电压
和回路振荡电压。
BV
)(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
2009年 11月 10日 7
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 1）
1、大频偏调制特性分析：
C
C
C C
CC
CCCC ?
?
???
2
2
1
?
?
)1(
0
V
C
C
?
?
tVVv mB ??? ? c o s
2009年 11月 10日 8
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 2）
?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
CC
?
?
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
??
?
?
?
??
?
???
?
??
?
?
?
??
2009年 11月 10日 9
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 3）
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
?????
???
?????????? tmmtmf ff ccc
c
c 2c o s)1
2(8)12(8c o s2
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
2009年 11月 10日 10
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 4）
上式表明,
?有与调制信号成正比的成分 。 tm c ?c os2?
?有常数成分，产生了中心频率的偏移 。 2)12(8 cm???
?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)12(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??
2、小频偏调制特性分析（略）：
C
C
CC
CCCC
?
???
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??
上图
2009年 11月 10日 11
（ 3）变容二极管的调制电路分析 （讲义下册 58）
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
返回
1R
2009年 11月 10日 12
（ 3）变容二极管的调制电路分析（ 续 1）
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。（讲义下册 59）
上图
附图一
2009年 11月 10日 13
举例：
3C
1C
DC
2C
1L
H?100
F?02.0
F?02.0
PF1000K100
K18
K9 VE d 6?
)(tv?
)(tvC
)(tvO
PF4
H?21
PF20
PF20
求调频波的中心频率 ；
最大频偏； 和 。
cf
)(tvO )(tvC
PFC D 40 ?
（ 0.2v）
)(102c o s2)( 3 Vttv ??? ?
f
0f
0.26
0.34
0.49
0.31
0.13
0.04
2009年 11月 10日 14
举例（ 续 1）
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,)(tvO
?求,)(tvC
2009年 11月 10日 15
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。
2009年 11月 10日 16
（ 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
02
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。
2009年 11月 10日 17
（ 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。
2009年 11月 10日 18
（ 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, q
L qC
L
pp ff ?
'
'pf
?频偏加大。
2009年 11月 10日 19
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。
2009年 11月 10日 20
（ 1）变容二极管调相电路
F?02.0 K100
K100
K10 K10PF1000PF1000
PF1000
LDC
载波
调制
信号
+9v
)( 0f
)(c o s t? tmf
f
c ??
? c o s
20
?
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）,0f
tmQtmQtgf 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）
2009年 11月 10日 21
（ 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)( ????
2009年 11月 10日 22
习题十六,6-23
2009年 11月 10日 23
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
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
2009年 11月 10日 2
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。
2009年 11月 10日 3
6.2.3.1 实现方法：即直接调频和间接调频。 （ 续）
?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
2009年 11月 10日 4
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：
)( f
c
vg
f
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。 fF v
fS
?
??
3、最大频偏
?在调制电压作用下，所能达到的最大频率偏移。 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。
2009年 11月 10日 5
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。
?
2009年 11月 10日 6
（ 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：
即偏置电压,
调制电压
和回路振荡电压。
BV
)(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
2009年 11月 10日 7
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 1）
1、大频偏调制特性分析：
C
C
C C
CC
CCCC ?
?
???
2
2
1
?
?
)1(
0
V
C
C
?
?
tVVv mB ??? ? c o s
2009年 11月 10日 8
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 2）
?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
CC
?
?
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
??
?
?
?
??
?
???
?
??
?
?
?
??
2009年 11月 10日 9
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 3）
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
?????
???
?????????? tmmtmf ff ccc
c
c 2c o s)1
2(8)12(8c o s2
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
2009年 11月 10日 10
（ 2）变容二极管的调制特性分析 （ 续 4）
上式表明,
?有与调制信号成正比的成分 。 tm c ?c os2?
?有常数成分，产生了中心频率的偏移 。 2)12(8 cm???
?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)12(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??
2、小频偏调制特性分析（略）：
C
C
CC
CCCC
?
???
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??
上图
2009年 11月 10日 11
（ 3）变容二极管的调制电路分析 （讲义下册 58）
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
返回
1R
2009年 11月 10日 12
（ 3）变容二极管的调制电路分析（ 续 1）
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。（讲义下册 59）
上图
附图一
2009年 11月 10日 13
举例：
3C
1C
DC
2C
1L
H?100
F?02.0
F?02.0
PF1000K100
K18
K9 VE d 6?
)(tv?
)(tvC
)(tvO
PF4
H?21
PF20
PF20
求调频波的中心频率 ；
最大频偏； 和 。
cf
)(tvO )(tvC
PFC D 40 ?
（ 0.2v）
)(102c o s2)( 3 Vttv ??? ?
f
0f
0.26
0.34
0.49
0.31
0.13
0.04
2009年 11月 10日 14
举例（ 续 1）
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,)(tvO
?求,)(tvC
2009年 11月 10日 15
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。
2009年 11月 10日 16
（ 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
02
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。
2009年 11月 10日 17
（ 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。
2009年 11月 10日 18
（ 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, q
L qC
L
pp ff ?
'
'pf
?频偏加大。
2009年 11月 10日 19
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。
2009年 11月 10日 20
（ 1）变容二极管调相电路
F?02.0 K100
K100
K10 K10PF1000PF1000
PF1000
LDC
载波
调制
信号
+9v
)( 0f
)(c o s t? tmf
f
c ??
? c o s
20
?
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）,0f
tmQtmQtgf 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）
2009年 11月 10日 21
（ 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)( ????
2009年 11月 10日 22
习题十六,6-23
2009年 11月 10日 23
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
