第 13章 调频与鉴频
13.1 调频波的基本性质
13.2 变容管调频电路
13.3 调频波的解调 — 鉴频
13.4 自动频率控制（ AFC）
13.1 调频波的基本性质
13.1.1 调频波的数学表达式、频偏、波形和频谱
调频波是一种载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化
的高频载波。
设未调波 uc(t)的表达式为
uc(t)=Ucmcos? (t)=Ucmcos(?ct+?0)
调制信号为单一频率余弦波 u?(t)=U?mcos?t，根据调频波
的定义，调频时，载频 ?c应为瞬时频率 ?(t),?(t)随调制信
号 u?(t)作线性变化，即瞬时频率为
?(t)=?c+kfu?(t)=?c+??(t)
?c为未调频时的载波频率，即调频时的中心频率； kf是一个
与调频电路有关的比例常数； ??(t)=kfu?(t)是瞬时频率相对
于中心频率的偏移，称为瞬时频率偏移，简称频偏
调频波是一个等幅的疏密波，其瞬时频率的变化（频偏
??(t)）反映了调制信号的变化规律。
???
?
???
?
?? t
Uk
tUtu Ωf ?
?
? s i nc o s)( mccmFM
=Ucmcos(?ct+mfsin?t)
上式中,称为调频波的调频指数，它以 rad
（弧度）为单位，表示了调频波的最大相位偏移； ?为调制
信号频率。调频指数与调制信号的振幅 U?m成正比，与调制
信号频率 ?成反比，它反映了调制的深浅程度。
?
mΩf
f
Uk
m ?
调频波波形
调频波的频谱
uFM(t)=Ucmcos(?ct+mfsin?t)
=Ucmcos?ctcos(mfsin?t)?Ucmsin?ctsin(mfsin?t)
调频波频谱（单频调频）
调频波的频带宽度（带宽），可以用以下分式进行
估算。
fbW=2(mf+1)F
式 中,由于,所以
fbW=2(?fm+F)
也就是说，调频波的频带宽度大约等于频偏 ?fm与调
制频率 F之和的两倍。
?? 2
?F
?
? m??
fm
也就是说，调频波的频带宽度大约等于频偏 ?fm与调
制频率 F之和的两倍。
13.1.2 调频制与调幅制的比较
调频制和调幅制相比，具有下述特点,
（ 1）调频制抗干扰能力强。
（ 2）调频发射机的功率放大管利用率高。
（ 3）调频制信号传输的保真度高。
（ 4）调频制是必须工作在超短波以上的波段。
（ 5）调频接收机比调幅接收机的设备复杂。
13.2 变容管调频电路
13.2.1 直接调频与间接调频
间接调频法 是将调制信号积分后，再对载波进行调相，结果
得到调频波。这种方法是由调相变调频，
直接调频 是用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使
其不失真地反映调制信号的变化规律，以产生调频波。
于用 LC正弦波振荡器作为被控振荡器的直接调频电路，
由于其振荡频率主要取决于振荡回路的电感量和电容量，
因此，只要在振荡回路中接入可变电抗器件（可以是可变
电感，也可以是可变电容）并使该电抗器件受调制信号控
制，就可以产生振荡频率随调制信号变化的调频波。
13.2.2 变容二极管直接调频电路
变容二极管直接调频电路
uD(t)=Vo+u?(t) u?(t)=U?mcos?t
uD(t)=Vo+U?mcos?t
13.3 调频波的解调 — 鉴频
从调频信号中取出原调制信号的过程，称为鉴频。信息包
含在它的频率变化之中。鉴频器的输出信号必须与输入调
频波的瞬时频率变化成线性关系。
13.3.1 鉴频的方法
第一种方法是鉴频方法称为斜率鉴频。
斜率鉴频器的方框图
第二种鉴频方法称为相位鉴频。
第三种鉴频器称为脉冲计数式鉴频器
13.3.2 对鉴频的主要性能要求
（ 1）鉴频灵敏度（又
称鉴频跨导）高,显然，
S曲线越陡直，鉴频灵
敏度就越高。
（ 2）线性范围（频率
宽度）宽。
（ 3）非线性失真尽可
能减小。
13.3.3 集成鉴频电路
集成电路中采用的斜率鉴频器
13.4 自动频率控制（ AFC）
AFC电路又称自动频率微调电路。它也是一种反馈控
制电路，其作用是使振荡器频率自动调整到预期的标
准频率附近。
13.4.1 AFC的工作原理
AFC的原理方框图
图中标准频率源可采用石英晶体振荡器。压控振荡器是一
个产生所需频率信号的被稳定的振荡器，其振荡频率受控于
控制信号，其电路实际上为直接调频电路，不过输出频率不
是受控于调制电压，而是由频率比较器输出的控制电压来控
制。频率比较器将由标准频率源产生的振荡频率 fi与压控振荡
器的振荡频率相比较，输出与这两个频率之差（ fs?fi）成正比
例的电压 uD，称为误差电压。此误差电压作为控制电压控制
压控振荡器，使其振荡频率 fs接近于 fi。
13.4.2 AFC的应用
1,采用 AFC的调频发射机
调频发射机中 AFC电路方框图
2,采用 AFC的调频接收机
用 AFC系统的调频接收机方框图
（ 1）调频波是一种瞬时频率和瞬时相位随调制信号变化
的信号，通过分析调频信号的性质使读者建立调频信号
的概念。
调频制是一种性能良好的调制方式。与调幅制相比，调
频制具有抗干扰能力强、信号传输的保真度高、发射机
的功放管利用率高等优点。其缺点是：传输距离短、覆
盖范围小。
（ 2）实现调频的方法有直接调频法和间接调频法两种。
前者具有频偏大、调制灵敏度高等优点，但其中心频率
稳定度较差，若要提高其中心频率稳定度则需要用 AFC
电路，会使电路复杂化。后者中心频率较稳定，但频偏
较小。
本章小结
（ 3）实现鉴频的方法很多。无论哪一种鉴频电路，都要
求线性鉴频范围不小于调频波最大频偏的两倍，以保
证鉴频器的非线性失真尽可能小。
（ 4） AFC电路可以稳定频率，因此在电子设备中应用较
广。
12.1 变频器概述
变频就是将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。
12.1.1 变频器的作用
在变频过程中，信号的频谱结构和调制类型保持不变，
改变的只是信号的载频。因此，变频器也是频谱变换电
路（或频谱搬移电路）。为了实现变频，变频器应包括
产生高频等幅波 ul的本机（或本地）振荡器,ul称为本振
信号，其频率用 fl表示。
12.1.2 变频器的工作原理
变频器它由非线性器件、本地振荡器和带通滤波器组成
带通滤波器则用来从各种频
率成分中提取出中频信号。
本地振荡器产生本振
信号 ul(t)；
非线性器
件将输入
的高频信
号 us(t)与本
振信号 ul(t)
进行混频，
产生新的
频率 通常非线性器件与带通滤波器合在一起称为混频器，
而本振信号由另一电路产
生。
如果混频器和本地振荡器共用一个器件，即非线性元件既
产生本振信号，又起频率变换作用，则称之为变频器。
12.2 混频电路
12.2.1 实现混频的基本方法
1,二极管混频
二极管混频电路
设加在二极管上的两个信号
分别是载波频率为 fc的调幅
波 us(t)和频率为 fl的本振信号
ul(t)。
经过二极管的非线性作用，二极管中电流的频率成分包括
fk=|± pfl± qfs|。若使谐振回路调谐在 p=q=1的差频分量上，则
变频器输出电压 uO(t)的载波频率为 fg=fl?fc。
2,三极管混频
三极管混频电路
三极管混频是利用集电极电
流 ic与 ube之间的非线性关系
进行的
输入信号、本振信号及基极偏压 VBB叠
加后加在三极管发射结上，利用发射
结的非线性，从而产生许多频率分量。
这些组合频率电流分量经过三极管放
大，接在集电极回路中的 LC谐振回路
上。谐振回路谐振在中频 fg上，完成取
出集电极电流中的有用中频分量的任
务
1,直耦放大器的一个严重的问题是零点漂移 。 差动放大器是解决零点漂
移问题的有效方法 。 差动放大器既能放大直流信号, 又能放大交流信号 。
它对差模信号有很强的放大能力, 对共模信号有很强的抑制能力 。 因此,
运算放大器都使用差动放大器作为输入级 。
2,电流源电路是构成运放的基本单元电路, 其特点是直流电阻小, 而交
流电阻很大 。 电流源电路既可以为电路提供偏置电流, 又可以作为放大器
的有源负载使用 。
3,集成运放是一个高增益, 直耦的多级放大器 。 主要品种有 BJT集成运放
,FET集成运放, BiMOS集成运放等 。 本章重点介绍了 BJT集成运放 F007
。 应熟悉集成运放的结构特点及主要参数 。
4．除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。了解这些运放的
特性，对于正确选择和使用运放有很大帮助。
本章小结
13.1 调频波的基本性质
13.2 变容管调频电路
13.3 调频波的解调 — 鉴频
13.4 自动频率控制（ AFC）
13.1 调频波的基本性质
13.1.1 调频波的数学表达式、频偏、波形和频谱
调频波是一种载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化
的高频载波。
设未调波 uc(t)的表达式为
uc(t)=Ucmcos? (t)=Ucmcos(?ct+?0)
调制信号为单一频率余弦波 u?(t)=U?mcos?t，根据调频波
的定义，调频时，载频 ?c应为瞬时频率 ?(t),?(t)随调制信
号 u?(t)作线性变化，即瞬时频率为
?(t)=?c+kfu?(t)=?c+??(t)
?c为未调频时的载波频率，即调频时的中心频率； kf是一个
与调频电路有关的比例常数； ??(t)=kfu?(t)是瞬时频率相对
于中心频率的偏移，称为瞬时频率偏移，简称频偏
调频波是一个等幅的疏密波，其瞬时频率的变化（频偏
??(t)）反映了调制信号的变化规律。
???
?
???
?
?? t
Uk
tUtu Ωf ?
?
? s i nc o s)( mccmFM
=Ucmcos(?ct+mfsin?t)
上式中,称为调频波的调频指数，它以 rad
（弧度）为单位，表示了调频波的最大相位偏移； ?为调制
信号频率。调频指数与调制信号的振幅 U?m成正比，与调制
信号频率 ?成反比，它反映了调制的深浅程度。
?
mΩf
f
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调频波波形
调频波的频谱
uFM(t)=Ucmcos(?ct+mfsin?t)
=Ucmcos?ctcos(mfsin?t)?Ucmsin?ctsin(mfsin?t)
调频波频谱（单频调频）
调频波的频带宽度（带宽），可以用以下分式进行
估算。
fbW=2(mf+1)F
式 中,由于,所以
fbW=2(?fm+F)
也就是说，调频波的频带宽度大约等于频偏 ?fm与调
制频率 F之和的两倍。
?? 2
?F
?
? m??
fm
也就是说，调频波的频带宽度大约等于频偏 ?fm与调
制频率 F之和的两倍。
13.1.2 调频制与调幅制的比较
调频制和调幅制相比，具有下述特点,
（ 1）调频制抗干扰能力强。
（ 2）调频发射机的功率放大管利用率高。
（ 3）调频制信号传输的保真度高。
（ 4）调频制是必须工作在超短波以上的波段。
（ 5）调频接收机比调幅接收机的设备复杂。
13.2 变容管调频电路
13.2.1 直接调频与间接调频
间接调频法 是将调制信号积分后，再对载波进行调相，结果
得到调频波。这种方法是由调相变调频，
直接调频 是用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使
其不失真地反映调制信号的变化规律，以产生调频波。
于用 LC正弦波振荡器作为被控振荡器的直接调频电路，
由于其振荡频率主要取决于振荡回路的电感量和电容量，
因此，只要在振荡回路中接入可变电抗器件（可以是可变
电感，也可以是可变电容）并使该电抗器件受调制信号控
制，就可以产生振荡频率随调制信号变化的调频波。
13.2.2 变容二极管直接调频电路
变容二极管直接调频电路
uD(t)=Vo+u?(t) u?(t)=U?mcos?t
uD(t)=Vo+U?mcos?t
13.3 调频波的解调 — 鉴频
从调频信号中取出原调制信号的过程，称为鉴频。信息包
含在它的频率变化之中。鉴频器的输出信号必须与输入调
频波的瞬时频率变化成线性关系。
13.3.1 鉴频的方法
第一种方法是鉴频方法称为斜率鉴频。
斜率鉴频器的方框图
第二种鉴频方法称为相位鉴频。
第三种鉴频器称为脉冲计数式鉴频器
13.3.2 对鉴频的主要性能要求
（ 1）鉴频灵敏度（又
称鉴频跨导）高,显然，
S曲线越陡直，鉴频灵
敏度就越高。
（ 2）线性范围（频率
宽度）宽。
（ 3）非线性失真尽可
能减小。
13.3.3 集成鉴频电路
集成电路中采用的斜率鉴频器
13.4 自动频率控制（ AFC）
AFC电路又称自动频率微调电路。它也是一种反馈控
制电路，其作用是使振荡器频率自动调整到预期的标
准频率附近。
13.4.1 AFC的工作原理
AFC的原理方框图
图中标准频率源可采用石英晶体振荡器。压控振荡器是一
个产生所需频率信号的被稳定的振荡器，其振荡频率受控于
控制信号，其电路实际上为直接调频电路，不过输出频率不
是受控于调制电压，而是由频率比较器输出的控制电压来控
制。频率比较器将由标准频率源产生的振荡频率 fi与压控振荡
器的振荡频率相比较，输出与这两个频率之差（ fs?fi）成正比
例的电压 uD，称为误差电压。此误差电压作为控制电压控制
压控振荡器，使其振荡频率 fs接近于 fi。
13.4.2 AFC的应用
1,采用 AFC的调频发射机
调频发射机中 AFC电路方框图
2,采用 AFC的调频接收机
用 AFC系统的调频接收机方框图
（ 1）调频波是一种瞬时频率和瞬时相位随调制信号变化
的信号，通过分析调频信号的性质使读者建立调频信号
的概念。
调频制是一种性能良好的调制方式。与调幅制相比，调
频制具有抗干扰能力强、信号传输的保真度高、发射机
的功放管利用率高等优点。其缺点是：传输距离短、覆
盖范围小。
（ 2）实现调频的方法有直接调频法和间接调频法两种。
前者具有频偏大、调制灵敏度高等优点，但其中心频率
稳定度较差，若要提高其中心频率稳定度则需要用 AFC
电路，会使电路复杂化。后者中心频率较稳定，但频偏
较小。
本章小结
（ 3）实现鉴频的方法很多。无论哪一种鉴频电路，都要
求线性鉴频范围不小于调频波最大频偏的两倍，以保
证鉴频器的非线性失真尽可能小。
（ 4） AFC电路可以稳定频率，因此在电子设备中应用较
广。
12.1 变频器概述
变频就是将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。
12.1.1 变频器的作用
在变频过程中，信号的频谱结构和调制类型保持不变，
改变的只是信号的载频。因此，变频器也是频谱变换电
路（或频谱搬移电路）。为了实现变频，变频器应包括
产生高频等幅波 ul的本机（或本地）振荡器,ul称为本振
信号，其频率用 fl表示。
12.1.2 变频器的工作原理
变频器它由非线性器件、本地振荡器和带通滤波器组成
带通滤波器则用来从各种频
率成分中提取出中频信号。
本地振荡器产生本振
信号 ul(t)；
非线性器
件将输入
的高频信
号 us(t)与本
振信号 ul(t)
进行混频，
产生新的
频率 通常非线性器件与带通滤波器合在一起称为混频器，
而本振信号由另一电路产
生。
如果混频器和本地振荡器共用一个器件，即非线性元件既
产生本振信号，又起频率变换作用，则称之为变频器。
12.2 混频电路
12.2.1 实现混频的基本方法
1,二极管混频
二极管混频电路
设加在二极管上的两个信号
分别是载波频率为 fc的调幅
波 us(t)和频率为 fl的本振信号
ul(t)。
经过二极管的非线性作用，二极管中电流的频率成分包括
fk=|± pfl± qfs|。若使谐振回路调谐在 p=q=1的差频分量上，则
变频器输出电压 uO(t)的载波频率为 fg=fl?fc。
2,三极管混频
三极管混频电路
三极管混频是利用集电极电
流 ic与 ube之间的非线性关系
进行的
输入信号、本振信号及基极偏压 VBB叠
加后加在三极管发射结上，利用发射
结的非线性，从而产生许多频率分量。
这些组合频率电流分量经过三极管放
大，接在集电极回路中的 LC谐振回路
上。谐振回路谐振在中频 fg上，完成取
出集电极电流中的有用中频分量的任
务
1,直耦放大器的一个严重的问题是零点漂移 。 差动放大器是解决零点漂
移问题的有效方法 。 差动放大器既能放大直流信号, 又能放大交流信号 。
它对差模信号有很强的放大能力, 对共模信号有很强的抑制能力 。 因此,
运算放大器都使用差动放大器作为输入级 。
2,电流源电路是构成运放的基本单元电路, 其特点是直流电阻小, 而交
流电阻很大 。 电流源电路既可以为电路提供偏置电流, 又可以作为放大器
的有源负载使用 。
3,集成运放是一个高增益, 直耦的多级放大器 。 主要品种有 BJT集成运放
,FET集成运放, BiMOS集成运放等 。 本章重点介绍了 BJT集成运放 F007
。 应熟悉集成运放的结构特点及主要参数 。
4．除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。了解这些运放的
特性，对于正确选择和使用运放有很大帮助。
本章小结
