第7章頻率調(diào)制與解調(diào)(改)

1、高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 第第7章章 頻率調(diào)制與解調(diào)頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1 調(diào)頻信號分析調(diào)頻信號分析 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.3 調(diào)頻電路調(diào)頻電路7.4 鑒頻器與鑒頻方法鑒頻器與鑒頻方法 7.5 鑒頻電路鑒頻電路 7.6 調(diào)頻收發(fā)信機及特殊電路調(diào)頻收發(fā)信機及特殊電路7.7 調(diào)頻多重廣播調(diào)頻多重廣播高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1 調(diào)頻信號分析調(diào)頻信號分析 ( )( )( )cosccfcmttk utt7.1.1 調(diào)頻信號的參數(shù)與波形 設調(diào)制信號為單一頻率信號u(t)=Ucost,未調(diào)載波電壓為uC=UCcosct,則根據(jù)頻率調(diào)制的定義,調(diào)頻

2、信號的瞬時角頻率為它是在c的基礎上,增加了與u(t)成正比的頻率偏移。式中kf為比例常數(shù)。調(diào)頻信號的瞬時相位(t)是瞬時角頻率(t)對時間的積分,即高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 式中,0為信號的起始角頻率。為了分析方便,不妨設0=0,則式（72）變?yōu)?0( )( )ttd （72） 0( )( )sinsin( )tmccfctdtttmtt 式中， 為調(diào)頻指數(shù)。FM波的表示式為mfmsin( )cos(sin)RefejmtjtFMCcfCutUtmtU ee高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖71 調(diào)頻波波形t0t0u(a)(b)t0(t)(c)cmt0(d)IFM(t

3、)t(t)024Tc2Tcmf(t)c(e)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖72 調(diào)頻波fm、mf與F的關系 Ffmmf0fmmf高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1.2 調(diào)頻波的頻譜 1調(diào)頻波的展開式 因為式（74）中的 是周期為2/的周期性時間函數(shù),可以將它展開為傅氏級數(shù),其基波角頻率為,即sinfjmtesin()fjmtjn tnfneJme（75） 式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù),它可以用無窮級數(shù)進行計算:20( 1) ()2()!()!fnnmnfmmJmm nm（76） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 它隨mf變化的曲線如圖7

4、3所示,并具有以下特性: Jn(mf)=J-n(mf), n為偶數(shù) Jn(mf)=-J-n(mf), n為奇數(shù) 因而,調(diào)頻波的級數(shù)展開式為()( )Re()()cos()cjt n tFMCnfnCnfcnutUJmeUJmnt （77） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖73 第一類貝塞爾函數(shù)曲線 012345678910111.0Jn(mf)J0J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10mf高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2調(diào)頻波的頻譜結構和特點 將上式進一步展開,有 uFM(t)=UCJ0(mf)cosct+J1(mf)cos

5、(c+)t -J1(mf)cos(c-)t+J2(mf)cos(c+2)t +J2(mf)cos(c-2)t+J3(mf)cos(c+3)t -J3(mf)cos(c-3)t+ （78） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖74 單頻調(diào)制時FM波的振幅譜（a）為常數(shù);（b）m為常數(shù) cmf 1cmf 1mf 2ccmf 2cmf 5cmf 10Qcmf 15mf 5cmf 10mf 20cc(a )(b )高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖75 調(diào)頻信號的矢量表示 0載波0載波合成矢量0合成矢量(a) AM情況(b) NBFM情況mfsin t高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)

6、制與解調(diào) 圖76 |n(mf)|0.01時的n/mf曲線 mfn/mf0123448121620高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 以載波fc為中心，由無窮多對以調(diào)制頻率F為間隔的邊頻分量組成，各分量幅值取決于Bessel函數(shù)，且以fc對稱分布。載波分量并不總是最大，有時為零。FM信號的功率大部分集中在載頻附近。頻譜結構與mf有密切關系。在F一定時，fm mf 有影響的邊頻數(shù)量增加 頻譜展寬在fm 一定時，F(xiàn) mf 有影響的邊頻數(shù)量增加 主要頻譜寬度基本不變。高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1.3 調(diào)頻波的信號帶寬 通常采用的準則是,信號的頻帶寬度應包括幅度大于未調(diào)載波1%

7、以上的邊頻分量,即 |Jn(mf)| 0.01 由圖可見,當mf很大時,n/mf趨近于1。因此當mf1時,應將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi),此時帶寬為 Bs=2nF=2mfF=2fm （79） 當mf很小時,如mf0.5,為窄頻帶調(diào)頻,此時 Bs=2F （710）高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 對于一般情況,帶寬為 Bs=2(mf+1)F=2(fm+F) （711） 更準確的調(diào)頻波帶寬計算公式為 2(1)sffBmmF（712） 當調(diào)制信號不是單一頻率時,由于調(diào)頻是非線性過程,其頻譜要復雜得多。比如有F1、F2兩個調(diào)制頻率,則根據(jù)式(7-7)可寫出1122(sinsin)212( )R

8、e()cos()ffcj mt mtjtFMCCnfcnkutU eeUJmnkt 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1.4 調(diào)頻波的功率 調(diào)頻信號uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為22222( )1()2()112FMAMLFMcnfnLnfnFMccLutPRPUJmRJmPUPR 由于余弦項的正交性,總和的均方值等于各項均方值的總和,由式（77）可得 （713） （714） （715） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.1.5 調(diào)頻波與調(diào)相波的比較 1調(diào)相波 調(diào)相波是其瞬時相位以未調(diào)載波相位c為中心按調(diào)制信號規(guī)律變化的等幅高頻振蕩。如u(t)=Ucost,并

9、令0=0,則其瞬時相位為 (t)=ct+(t)=ct+kpu(t) =ct+mcost=ct+mpcost （716） 從而得到調(diào)相信號為 uPM(t)=UCcos(ct+mpcost) （717） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 調(diào)相波的瞬時頻率為( )( )sinsincpcmdttmttdt （718） 圖78 調(diào)相波fm、mp與F的關系 Ffmmp0fmmp高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖77 調(diào)相波波形t0t0u(a)(b)(c)t0(f )iPM(t)tPM(t)0c(g)ic(t)t0(d)(t)t0(e)(t)tc0m高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解

10、調(diào) 至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信號帶寬為 Bs=2(mp+1)F (719) 圖79 調(diào)頻與調(diào)相的關系 FM積分調(diào)相u(a)PM微分調(diào)頻u(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2調(diào)頻波與調(diào)相波的比較 調(diào)頻波與調(diào)相波的比較見表71。 在本節(jié)結束前,要強調(diào)幾點: （1）角度調(diào)制是非線性調(diào)制,在單頻調(diào)制時會出現(xiàn)（cn）分量,在多頻調(diào)制時還會出現(xiàn)交叉調(diào)制（cn1k2+）分量。 （2）調(diào)頻的頻譜結構與mf密切相關。mf大,頻帶寬。 （3）與AM制相比,角調(diào)方式的設備利用率高,因其平均功率與最大功率一樣。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 表71 調(diào)頻波與調(diào)相波的

11、比較表 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 例1調(diào)角波)(2000cos10102cos(10)(8Vtttu試計算說明（1）調(diào)角波的載波頻率；（2）調(diào)制信號頻率；（3）最大頻偏；（4）最大相移；（5）頻譜寬度；（6）在單位電阻上的損耗功率；（7）能否確定是調(diào)頻波還是調(diào)相波。例2已知某調(diào)頻電路的調(diào)制靈敏度VkHzkf/3載波信號調(diào)制信號)(102cos3)(8Vttuc)(106cos3102cos2)(33Vtttu試寫出輸出調(diào)頻波的數(shù)學表達式。高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 例3已知調(diào)制信號6),(102cos5)(3pfmmVttu（1）對應的調(diào)頻波與調(diào)相波的有效頻譜寬度

12、（2）若不變，F(xiàn)增大一倍，兩種已調(diào)波的有效頻譜寬度如何變化（3）若F不變，增大一倍，兩種已調(diào)波的有效頻譜寬度如何變化（4）若F和都增大一倍，兩種已調(diào)波的有效頻譜寬度又如何變化UUU高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.2 調(diào)頻器與調(diào)頻方法調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.2.1 調(diào)頻器 對于圖710的調(diào)頻特性的要求如下:（1）調(diào)制特性線性要好。 （2）調(diào)制靈敏度要高。 （3）載波性能要好。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖710 調(diào)頻特性曲線 U0f高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.2.2 調(diào)頻方法 1直接調(diào)頻法 這種方法一般是用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率,使振蕩頻率f

13、(t)按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。若被控制的是LC振蕩器,則只需控制振蕩回路的某個元件(L或C),使其參數(shù)隨調(diào)制電壓變化,就可達到直接調(diào)頻的目的。 常用的方法是采用變?nèi)荻O管實現(xiàn)直接調(diào)頻，由于電路簡單、性能良好，已成為目前最廣泛的調(diào)頻電路之一。 在直接調(diào)頻法中，振蕩器與調(diào)制器合二為一，其優(yōu)點是在實現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可獲得較大頻偏，其主要缺點是頻率穩(wěn)定度差。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2間接調(diào)頻法 實現(xiàn)間接調(diào)頻的關鍵是如何進行相位調(diào)制。通常,實現(xiàn)相位調(diào)制的方法有如下三種: (1）矢量合成法。這種方法主要針對的是窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號。對于單音調(diào)相信號 uPM=Ucos(ct+mpcos

14、t) =Ucosctcos(mpcost)-Usin(mpcost)sinct 當mp/12時,上式近似為 uPMUcosct-Umpcostsinct （720）高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖711 矢量合成法調(diào) f (t)放大器cos ctAMf (t)放大器cos ctPMsin ct/2(a)(b)f (t)cos ctFMsin ct/2(c)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) (2）可變移相法?？勺円葡?法就是利用調(diào)制信號控制移相網(wǎng)絡或諧振回路的電抗或電阻元件來實現(xiàn)調(diào)相。 (3）可變延時法。將載波信號通過一可控延時網(wǎng)絡,延時時間受調(diào)制信號控制,即 =kdu(t)

15、 則輸出信號為 u=Ucosc(t-)=Ucosct-kdcu(t) 由此可知,輸出信號已變成調(diào)相信號了。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 3.擴大調(diào)頻器線性頻偏的方法 對于直接調(diào)頻電路,調(diào)制特性的非線性隨最大相對頻偏fm/fc的增大而增大。當最大相對頻偏fm/fc限定時,對于特定的fc,fm也就被限定了,其值與調(diào)制頻率的大小無關。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.3 調(diào)頻電路調(diào)頻電路0(1)jCCuu（721） 7.3.1 直接調(diào)頻電路 1.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 1) 變?nèi)荻O管調(diào)頻原理 其結電容Cj與在其兩端所加反偏電壓u之間存在著如下關系:高頻電路原理與分析第7

16、章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖712 變?nèi)莨艿腃ju曲線 0Cj21/31/2u/V(a)0Cj/pFu/V(b)2060402468高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 靜態(tài)工作點為EQ時,變?nèi)荻O管結電容為0(1)jQQCCCEu（722） 設在變?nèi)荻O管上加的調(diào)制信號電壓為 u(t)=Ucost,則( )cosQQuEutEUt（723） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 將式（723）代入式（721）,得00cos(1)1(1cos)(1)(1cos)jQQQQCCEUtuCEUtEuuCmt(724) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2) 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻性能分析 （

17、1）Cj為回路總電容。圖713為一變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路,Cj作為回路總電容接入回路。圖7-13（b）是圖713（a）振蕩回路的簡化高頻電路。 由此可知,若變?nèi)莨苌霞觰(t),就會使得Cj隨時間變化（時變電容）,如圖714(a)所示,此時振蕩頻率為/2/211( )(1cos)(1cos)cjQtmtmtLCLC（725）高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖713 變?nèi)莨茏鳛榛芈房傠娙萑拷尤牖芈?Rb2Rb1ReEcCcLCcVDuEQCbLcCjL(a)(b)Cc高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖714 變?nèi)莨芫€性調(diào)頻原理oCjCQtu oCjt(a)off0tCoft(

18、b)off0toft(c)uEQCQEQ高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 振蕩頻率隨時間變化的曲線如圖714(b)所示。 在上式中,若=2,則得( )(1cos)( )cctmtt （726）一般情況下,2,這時,式（725）可以展開成冪級數(shù)221( )1cos(1)cos22! 2 2ctmtmt 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 忽略高次項,上式可近似為222( )(1)cos8 22(1)cos28 2coscos2ccccccmmtmmtmttt (727) 二次諧波失真系數(shù)可用下式求出:221(1)4 2mfmKm (728) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào)

19、 調(diào)頻靈敏度可以通過調(diào)制特性或式（727）求出。根據(jù)調(diào)頻靈敏度的定義,有222mcccffQQmkSUUEuE （729） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) （2）Cj作為回路部分電容接入回路。在實際應用中,通常2,Cj作為回路總電容將會使調(diào)頻特性出現(xiàn)非線性,輸出信號的頻率穩(wěn)定度也將下降。因此,通常利用對變?nèi)荻O管串聯(lián)或并聯(lián)電容的方法來調(diào)整回路總電容C與電壓u之間的特性。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖715 Cj與固定電容串、并聯(lián)后的特性 C/pF7060502010510.10.5125u/VC1CjC2高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖716 變?nèi)荻O管直

20、接調(diào)頻電路舉例 （a）實際電路;（b）等效電路 1000 pF4.3 k10 k1 k12 H3AG80D10 pF15 pF15 pF輸出12 H33 pFL1000 pF20 H1000 pF1000 pF12 V22CC1E12 H調(diào)制信號輸入偏置電壓33 pFL15 pF10 pF(a)(b)1000 pF高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 將圖716（b）的振蕩回路簡化為圖717,這就是變?nèi)莨懿糠纸尤牖芈返那闆r。這樣,回路的總電容為212212(1cos)jjQQC CCCCCC CCCmtC（730） 圖717 部分接入的振蕩回路 LC1C2Cj高頻電路原理與分析第7章 頻率

21、調(diào)制與解調(diào) 振蕩頻率為 221222221( )(1coscos)coscos222ccccctAmtA mtAAmAmtmt 式中 21212222111221()231(1)18421(1)(1)cQQC CL CCCApAppppppp pp 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 121212QQmccCpCCpCfAmfmfp從式（732）可以看出,當Cj部分接入時,其最大頻偏為（733） 變?nèi)莨懿糠纸尤牖芈贩绞竭m用于要求頻偏較小的情況，有利于提高中心頻率穩(wěn)定度，可減少寄生調(diào)制。 注意：變?nèi)莨軕苊庠诘蛪簠^(qū)工作。高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖718 加在變?nèi)莨苌系碾妷?/p>

22、0Cj直流偏置點高頻電壓低頻調(diào)制信號u高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖719變?nèi)莨艿刃щ娙蓦S高頻電壓振幅和偏壓的變化 (a）j隨U1變化曲線;（b）Cj隨E變化曲線 Cj/pF353025201510500.5 0.7 1.01.52.0U1/VCj/pF40251574321.522.54EQ/V2.55689102030356 7 8 9 10U11.5V1V0.5V(a)(b)EQ2 V2.6 V2.7 V3 V3.3 V3.5 V4 V4.5 V5 V6 V高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2. 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路 變?nèi)荻O管（對LC振蕩器）直接調(diào)頻電路的中心頻

23、率穩(wěn)定度較差。為得到高穩(wěn)定度調(diào)頻信號,須采取穩(wěn)頻措施,如增加自動頻率微調(diào)電路或鎖相環(huán)路（第8章討論）。還有一種穩(wěn)頻的簡單方法是直接對晶體振蕩器調(diào)頻。高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖720（a）為變?nèi)荻O管對晶體振蕩器直接調(diào)頻電路,圖（b）為其交流等效電路。由圖可知,此電路為并聯(lián)型晶振皮爾斯電路,其穩(wěn)定度高于密勒電路。其中,變?nèi)荻O管相當于晶體振蕩器中的微調(diào)電容,它與C1、C2的串聯(lián)等效電容作為石英諧振器的負載電容CL。此電路的振蕩頻率為1012()qqLCffCC（734） Cq：晶體的動態(tài)電容Co：晶體的靜電容CL：C1、C2、Cj的串聯(lián)電容值高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與

24、解調(diào) 圖720 晶體振蕩器直接調(diào)頻電路（a）實際電路;（b）交流等效電路 調(diào)制信號R3CjR4R2C2C1R5C3R1R6輸出EcC2CjC1(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 3. 張弛振蕩器直接調(diào)頻電路 圖721是一種調(diào)頻三角波產(chǎn)生器的方框圖。調(diào)制信號控制恒流源發(fā)生器,當調(diào)制信號為零時,恒流源輸出電流為I;當有調(diào)制電壓時,輸出電流為I+I(t),I(t)與調(diào)制信號成正比。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖721 三角波調(diào)頻方框圖 恒流源發(fā)生器反相器調(diào)制電壓積分器電壓比較器IIabus調(diào) 頻三角波uTI壓控開關高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖722

25、電壓比較器的遲滯特性和輸入、輸出波形 uT(a)UminUmaxus0U1U20uTU2U1t0usUmaxUmint(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖723 三角波變?yōu)檎也ㄗ儞Q特性 UmuoUmuTuTttuo000UT高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 電壓比較器輸出的是調(diào)頻方波電壓。如要得到正弦調(diào)頻信號,可在其輸出端加波形變換電路或濾波器。圖7-23便是由三角波變?yōu)檎也ǖ淖儞Q器特性。它是一個非線性網(wǎng)絡,其傳輸特性為sin2TomTuuUU高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.3.2 間接調(diào)頻電路 圖724是一個變?nèi)荻O管調(diào)相電路。它將受調(diào)制信號控制的變?nèi)?/p>

26、管作為振蕩回路的一個元件。Lc1、Lc2為高頻扼流圈,分別防止高頻信號進入直流電源及調(diào)制信號源中。 高Q并聯(lián)振蕩電路的電壓、電流間相移為2arctan()ofQf （735） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖724 單回路變?nèi)莨苷{(diào)相器 高頻振蕩輸入Rb2Rb1Lc1VReCeLC1CVDR2R1EcC3Lc2C2調(diào)相信號輸 出調(diào)制信號輸 入高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 當/6時,tan,上式簡化為 設輸入調(diào)制信號為Ucost,其瞬時頻偏(此處為回路諧振頻率的偏移)為02fQf （736） 1cos2cosofmftpQ mtp 當/6時,tan,上式簡化為（737） 高

27、頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖725 三級回路級聯(lián)的移相器 接下級放大管4703 pF22 k1 pF0.00222 k0.00222 k1 pF0.00247 ku47 k8 V5 pF高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 例變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的交流等效電路如圖所示，變?nèi)荻O管的結電容uEtuCCQjQj)(1其中)(33.10),(15),(102(V),t102cos2)(u(pF),04C213jQuHLuHLVuEtQ試求：（1）調(diào)頻波的載波頻率，以及最大瞬時頻率、最小瞬時頻率（2）調(diào)頻波的最大頻偏，有效頻譜寬度。高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 變?nèi)莨苷{(diào)

28、頻器的仿真變?nèi)莨苷{(diào)頻器的仿真 Pspice example/exam8.sch高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 變換器fuofBuomaxuofcfAf(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 0cooDfffduduSdfd f （738） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) uFM變換電路包絡檢波uuo(b)0uc(a)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 00( )cos( )( )( )sin( )tFMcftFMcfcfutUtkfdutuUk f ttkfddt （73

29、9） （740） 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖728 微分鑒頻原理uFM包絡檢波uuoddt高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) ui(t)EcCuc(t)ii(t)RCcEcRoCouo高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) uFMf01 fcu1u2Uo1Uo2Uo(a)ff03fcf02tf (t)(b)f02f03高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) t0uFM(a)t0Uo1tUo2(b)(c)tUo(d)00高頻電路原理與分析第7章

30、 頻率調(diào)制與解調(diào) Bm0UofAf高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 變換電路鑒相器uFMuFM-PMuo高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 11122222cos( )cos( )sin( )2cccuUttuUttUtt(741) (742) 21( )( )ouftt(743)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) us移相網(wǎng)絡us低通濾波uoK高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) ecmcmtUtutUtusin)(cos)(2211ecmmemmcecmmtUKUUKUttUKUuKui2sin21sin21cossin21212121eLmmoRUKUusin21

31、21高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) emmLceccecmmLcLLavoUUKRtdttdtUUKRtduuKRRiusin2sinsin112120221021高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) tdiRRiucLLavo0122eemmLcccmmLoUUKRtdtdtdUUKRuee212022121232eemmLcccmmLoUUKRtdtdtdUUKRuee212022121高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 01202sin(arctan)2oKQ fuUUf(744) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 11122222cos( )cos( )si

32、n( )2cccuUttuUttUtt2112112212(1sin( )(1sin( )eeUUtUUUUUtUUU21( )( )( )ettt高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 包 絡檢波器包 絡檢波器/2usurusuruD1uD2uo1uo2uo高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 限幅放大微分uFMu1半波整流u2單穩(wěn)u3低通濾波u4uo(a)(b)uFMtu1tu2tu3tu4tuot高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 102sin10sin3)(30tttuFMttttttvOOFM3102sin10)()()()(中知

33、由tdttdt33102cos10210)()(tttf34102cos102)()(ttfStuDO3102cos50)()(高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.5 鑒頻電路鑒頻電路 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 返回比例鑒頻器高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 1111fUIrj LZ(745) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) .LU1I1rC.rCLU2.(a)rCLU2.E2.I2.(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 1112111UIj LMEj M IUL2E2I高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 21212222221222

34、2122211()()111()EMUILrjLrjLCCMUUIjj CC LrjLC (748) 1221211jAAUUUej01202,1A=kQ, Q= fMQkfL LCr令耦合系數(shù)耦合因子高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 0/2 /2/2f0ff/2(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2U1U21122122DDUUUUUU(751) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2U2.2U2.U1.UD1.UD2.2U2.2U2.U1.高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2U1U2DU1DU高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 12DDUU2U

35、2.2U2.UD1.U1.UD2.(a) f fc2U2.UD1.UD2.2U2.U1.02U2.UD1.UD2.U1.2U2.00(b) f fc(c) f fc高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 1212()ooodDDuuuK UU(752) 000,0,0,0cccffuffuffu高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) Uo0(f0)f (t)f(f)Uot(a)(b)f0Uf(或2 )ffaff0(c)0t0Uo高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖744 SDA曲線 SD0123ASD/(SD)lim01234A0.51.0(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率

36、調(diào)制與解調(diào) 2()(4 )mmmmCCkCCC CC(753) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖745 電容耦合相位鑒頻器 U1.C1L1L2C2CmU2.LcVD1VD2C3C4R1R2UoC1L1L2CmBC2ACL4CCmL4(a)(b)(c)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 221211124emRZjUjC Z U102111111212111emmQRAUCUjCUjCUjkQUjjjjj高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 212121211()()22ccoLoccdDDuuuRRuuuK UU 高頻電路原理與分

37、析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) .U1ML2LcVD1RLOC1C2DR1R2CEoABCLUo(a)2U2.U1.2U2.VD1uD1uD2uc1uc2ORLC1CLC2R2R1i1i2D2U2.2U2.U1.0fUo(b)(c)VD2VD2VD1VD2比例鑒頻高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 12121221121211111()22221ccccccoccoococccuuuuuuuuuEEuEuuu(761)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) RREo高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高

38、頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 211111()()11111()jCjQLCRLH jjj CjCRL(762) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖748 集成正交鑒頻器 V1V2V4V3R1R5V5V6V7V8R7V9V1010111312R2R3R4R6R8R9R101VD1LCR115R12V12V13R1423C14R13V11V16V14V15V17V18R15VD6R16678R1714限幅中放內(nèi)部穩(wěn)壓調(diào)頻檢波VD2VD3VD4VD5RV19高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 其中， 可見，u1與u2(實際上是ur與us)之間的相位差為20200011,(

39、1)2,()cRfQQQLfL CC1112arctan2cos(sin)cos(sin)cfcfuUtmtuUtmt 相頻特性曲線見圖749(b)。若設 (764) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 當f/f01時，上式可寫為22cos()sin22ooooQ fQ ffuUUUQfff(765) 可見，鑒頻器的輸出與輸入調(diào)頻信號的頻偏成正比。 在上面電路中，調(diào)整L、C和C1均可改變回路諧振頻率，只要滿足 011()cL CC(766) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) u1CLRu2(a)0f0f2(b)C1 圖749 移相網(wǎng)絡機器相頻特性 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)

40、制與解調(diào) 7.5.4 其它鑒頻電路 1.差分峰值斜率鑒頻器 差分峰值斜率鑒頻器是一種在集成電路中常用的振幅鑒頻器。圖750(a)是一個在電視接收機伴音信號處理電路(如D7176AP ,TA7243P)等集成電路中采用的差分峰值斜率鑒頻器。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖750 差分峰值斜率鑒頻器 C3V5V6RcI0uiV1V3V2V4EcL19u110u20f02f0f01U2U1U1、U2fuo0f02f0f01f(a)(b)(c)C4C1C2高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 移相網(wǎng)絡接在集成電路的、10腳之間。設從腳向右看的移相電路的諧振頻率為f01，從10腳向左看

41、的移相電路的諧振頻率為f02，則 0111021121212()fLCfL CC(767) (768) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2.晶體鑒頻器 晶體鑒頻器的原理電路如圖751所示。電容C與晶體串聯(lián)后接到調(diào)頻信號源。VD1、R1 ,C1和VD2、R2、C2為兩個二極管包絡檢波器。為了保證電路平衡，通常VD1與VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖751 晶體鑒頻器原理電路 uFM(t)R1R2C1CR3C2VD1VD2u高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖752 電容晶體分壓器(a)電抗曲線；(b)電容、晶體兩端電壓變化曲線

42、 0fqXqfcXcXqf0UcUqfqf0fcf(a)(b)f0高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖753 晶體鑒頻器的鑒頻特性 Uo0fqf0fcf高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.5.5 限幅電路 振幅限幅器的性能可由圖754(b)所示的限幅特性曲線表示。圖中，Up表示限幅器進入限幅狀態(tài)的最小輸入信號電壓，稱為門限電壓。對限幅器的要求主要是在限幅區(qū)內(nèi)要有平坦的限幅特性，門限電壓要盡量小。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖754 限幅器及其特性曲線 非線性器 件濾波器usuo(a)(b)UsmUp0Uom高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.6 調(diào)頻

43、收發(fā)信機及特殊電路調(diào)頻收發(fā)信機及特殊電路 7.6.1 調(diào)頻發(fā)射機 圖755是一種調(diào)頻發(fā)射機的框圖。其載頻fc=88108MHz,輸入調(diào)制信號頻率為50Hz15kHz，最大頻偏為75kHz。由圖可知，調(diào)頻方式為間接調(diào)頻。由高穩(wěn)定度晶體振蕩器產(chǎn)生fc1=200kHz的初始載波信號送入調(diào)相器，由經(jīng)預加重和積分的調(diào)制信號對其調(diào)相。調(diào)相輸出的最大頻偏為25Hz，調(diào)制指數(shù)mf0.5。高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖755 調(diào)頻發(fā)射機框圖 載 波振蕩器調(diào)相器多級倍頻器1混頻器多級倍頻器2功 率放大器積分器預 加重電路200 kHzN1 64fc1 200 kHzf1m 25 kHz12.8 MH

44、z1.8 2.3 MHzfc 88 108 MHzfm 75 kHz頻率可變本振N2 48fL 11 10.5 MHzu(t)間接調(diào)頻器高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7.6.2 調(diào)頻接收機 圖756為廣播調(diào)頻接收機典型方框圖。為了獲得較好的接收機靈敏度和選擇性，除限幅級、鑒頻器及幾個附加電路外，其主要方框均與AM超外差接收機相同。調(diào)頻廣播基本參數(shù)與發(fā)射機相同。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖756 調(diào)頻接收機方框圖 混頻器射頻放大88 108 MHz本振中頻放大限幅器鑒頻器自動頻率控制電路靜噪電路去加重電路和音頻放大電路輸出高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 7

45、.6.3 特殊電路 1.預加重及去加重電路 理論證明，對于輸入白噪聲，調(diào)幅制的輸出噪聲頻譜呈矩形，在整個調(diào)制頻率范圍內(nèi)，所有噪聲都一樣大。調(diào)頻制的噪聲頻譜(電壓譜)呈三角形，見圖757(b)，隨著調(diào)制頻率的增高，噪聲也增大。調(diào)制頻率范圍愈寬，輸出的噪聲也愈大。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖757 調(diào)頻解調(diào)器的輸出噪聲頻譜 (a)功率譜；(b)電壓譜 0Sno()0U()(a)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 由于調(diào)頻噪聲頻譜呈三角形，或者說與成線性關系，使我們聯(lián)想到將信號作相應的處理，即要求預加重網(wǎng)絡的特性為 H(j)=j 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào)

46、 圖758 預加重網(wǎng)絡及其特性 (a)預加重網(wǎng)絡；(b)頻率響應 R1CR2012|H(j)/dB(a)H(j) k1j/11j/2k(1j/1)(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 去加重網(wǎng)絡及其頻響曲線如圖759所示。從圖看出，當2時，預加重和去加重網(wǎng)絡總的頻率傳遞函數(shù)近似為一常數(shù)，這正是使信號不失真所需要的條件。圖759 去加重網(wǎng)絡及其特性 R1C(a)H(j)11j/101|H(j)|/dB(b)高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 采用預、去加重網(wǎng)絡后，對信號不會產(chǎn)生變化，但對信噪比卻得到較大的改善，如圖760所示。圖760預、去加重網(wǎng)絡對信噪比的改善 Sno()去加重

47、前去加重后(a)08160.11/dB10(b)m10高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2. 靜噪電路 由于在調(diào)頻接收中存在門限效應，因此在系統(tǒng)設計時要盡可能地降低門限值。為了獲得較高的輸出信噪比，在鑒頻器的輸入端的輸入信噪比要在門限值之上。但在調(diào)頻通信和調(diào)頻廣播中，經(jīng)常會遇到無信號或弱信號的情況，這時輸入信噪比就低于門限值，輸出端的噪聲就會急劇增加。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖761 靜噪電路舉例 50帶 通濾波器5 kHz靜噪0.16.2 k0.01100 k16 k1 k2.2100 k510 k112.2510 k14LM389音量鑒頻器輸 出100 k1 k

48、15131210 k1612 V17 5100高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 圖762 靜噪電路接入方式 鑒頻低放靜噪鑒頻低放靜噪高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 附： 集成調(diào)頻、 鑒頻電路芯片介紹1.MC2833調(diào)頻電路調(diào)頻電路 Motorola公司生產(chǎn)的MC2831A和MC2833都是單片集成FM低功率發(fā)射器電路, 適用于無繩電話和其它調(diào)頻通信設備, 兩者差別不大。 現(xiàn)僅介紹MC2833的電路原理和應用。 下圖是MC2833內(nèi)部結構和由它組成的調(diào)頻發(fā)射機電路 MC2833內(nèi)部包括話筒放大器、 射頻壓控振蕩器、 緩沖器、 兩個輔助晶體管放大器等幾個主要

49、部分, 需要外接晶體、 LC選頻網(wǎng)絡以及少量電阻、 電容和電感。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) MC2833內(nèi)部包括話筒放大器、射頻壓控振蕩器、緩沖器、 兩個輔助晶體管放大器等幾個主要部分, 需要外接晶體、 LC選頻網(wǎng)絡以及少量電阻、電容和電感。 MC2833的電源電壓范圍較寬, 為28 V90V。當電源電壓為40 V, 載頻為166 MHz時, 最大頻偏可達10kHz, 調(diào)制靈敏度可達15HzmV。輸出最大功率為10mW(50 負載)。 話筒產(chǎn)生的音頻信號從腳輸入, 經(jīng)放大后去控制可變電抗元件。可變電抗元件的直流偏壓由片內(nèi)參考電壓VREF

50、經(jīng)電阻分壓后提供。由片內(nèi)振蕩電路、可變電抗元件、外接晶體和15、16腳兩個外接電容組成的晶振直接調(diào)頻電路(Pierce電路)產(chǎn)生載頻為165667MHz的調(diào)頻信號。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 與晶體串聯(lián)的33F電感用于擴展最大線性頻偏。緩沖器通過14腳外接三倍頻網(wǎng)絡將調(diào)頻信號載頻提高到497 MHz, 同時也將最大線性頻偏擴展為原來的三倍, 然后從13腳返回片內(nèi), 經(jīng)兩級放大后從腳輸出。 MC2833輸出的調(diào)頻信號可以直接用天線發(fā)射, 也可以接其它集成功放電路后再發(fā)射出去。 高頻電路原理與分析第7章 頻率調(diào)制與解調(diào) 2. MC3361B FM解調(diào)電路解調(diào)電路 從80年代以來, Motorola公司陸續(xù)推出了FM中頻電路系列MC335733593361B33713372和FM接收電路系列MC33623363。 它們都采用二次混頻, 即將輸入調(diào)頻信號的載頻先降到107 MHz的第一中頻, 然后降到455 kHz的第二中頻, 再進行鑒頻。不同在于FM中頻電路系列芯片比FM