變?nèi)荻O管課題三高頻調(diào)頻技術(shù)直接調(diào)頻ppt課件

1、2.3.1 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理與實(shí)驗(yàn)變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理與實(shí)驗(yàn) 用調(diào)制信號(hào)（低頻信號(hào)）去控制載波信號(hào)的幅度而實(shí)現(xiàn)的調(diào)制稱為調(diào)幅； 若用調(diào)制信號(hào)去控制載波的頻率或相位而實(shí)現(xiàn)的調(diào)制分別稱為調(diào)頻或調(diào)相。由于調(diào)頻或調(diào)相兩種調(diào)制都改變了載波的瞬時(shí)相位，通稱角度調(diào)制。 在模擬調(diào)制中，調(diào)頻具有較為優(yōu)越的性能，因此，調(diào)頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于立體聲廣播、電視伴音、無(wú)線麥克風(fēng)、微波傳輸及衛(wèi)星通信。同樣，完整的調(diào)頻通信系統(tǒng)也由發(fā)射機(jī)與接收機(jī)兩部分組成，與調(diào)幅通信系統(tǒng)比較，除了調(diào)制與解調(diào)的原理方法不同外，其他部分如超外差變頻接收技術(shù)、中頻放大電路等基本相同 一、角度調(diào)制原理一、角度調(diào)制原理 1、調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式0m

2、ax( )()( )( )( )( )( )ccmcmccfmfu tU COStutUCOStttk utkut 調(diào)頻波瞬時(shí)相位與調(diào)頻波的表達(dá)式FM000FMFM( )d( )d()dsinsincoscos(sin)()ttcftcfmmccfcfmmfttk uttk UCOStttttmtutmtfmf 調(diào)頻指數(shù)FMPMPM( )coscos()()cpcpmcpcpppmtk uttk UCOSttm COStutm COStmk U調(diào)相指數(shù)FMdd( )( )dtdtsinsin( )sincpcpmcpcPcmmpmptkutk Utmtttk Um 調(diào)相波最大角頻移FM0123

3、cos(sin)()cos()cos(cos()cos(2cos()cos(3cos(cfcmfccmfcccmfcccmfccutmtUJmtUJ mttUJmttUJmtt （1）調(diào)制指數(shù)mf越大，具有較大增幅的邊頻分量就越多，且邊頻分量幅度可超過(guò)載頻分量幅度。 （2） mf為某些值時(shí)，載頻分量可能為零，也可能使某些邊頻分量振幅為零； （3）由于調(diào)角信號(hào)的振幅不變，當(dāng)Ucm一定時(shí)，它的平均功率與調(diào)制指數(shù)無(wú)關(guān)，其值等于末調(diào)制的載波功率，所以改變mf僅使載波分量和各邊頻分量之間的功率重新分配，而總功率不會(huì)改變。 從理論上分析，調(diào)角信號(hào)的邊頻分量有無(wú)限對(duì)，即它的頻帶應(yīng)為無(wú)限寬，但由圖2-3-4可

4、以看出，對(duì)于一定的mf ，隨著n的增大，邊頻分量的幅度大小變化的總趨勢(shì)是減小的，這表明離開(kāi)載頻較遠(yuǎn)的邊頻振幅都很小，在傳送和放大過(guò)程中，可舍去這些邊頻分量。理論上可證明，當(dāng)n mf +1時(shí)，Jn(mf)0.1，因此，若忽略幅度小于未調(diào)制前載波幅度的10%的邊頻分量，則調(diào)角波的頻帶寬度可表示為： 2(1)2()fmBWmfff1( 0.25),21,22fffmmBWfmBWm ffmaxZmaxZmaxmaxZZZ,15kH ,()75kH ,2()275kH15kH 180kHffBWff已知求實(shí)際應(yīng)取頻譜寬度。解： 調(diào)頻與調(diào)相都使瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率發(fā)生變化，因此，調(diào)頻與調(diào)相可以相互轉(zhuǎn)化，但

5、在模擬信號(hào)的角度調(diào)制中，調(diào)頻調(diào)制應(yīng)用更廣，這里主要學(xué)習(xí)調(diào)頻電路。調(diào)頻電路通常分為直接調(diào)頻電路和間接調(diào)頻電路，直接調(diào)頻是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率而實(shí)現(xiàn)的調(diào)頻方法。常用的直接調(diào)頻電路有變?nèi)荻O管(或電抗管)調(diào)頻電路、晶振調(diào)頻電路、集成調(diào)頻電路等。 直接調(diào)頻電路可獲得較高的調(diào)制靈敏度，較大調(diào)制頻偏和較好的調(diào)制線性，因此得到廣泛應(yīng)用。(1)調(diào)頻原理 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻是利用調(diào)制信號(hào)直接控制變?nèi)荻O管反偏電壓改變其電容量進(jìn)而改變振蕩器的振蕩頻率而實(shí)現(xiàn)的調(diào)頻方法。圖2-3-5所示為變?nèi)荻O管接入振蕩回路示意圖和曲線。當(dāng)給PN結(jié)加反向偏置電壓時(shí)，結(jié)電容隨反向偏置電壓變化，變化范圍大約在3-20p

6、F。目前常用的載波振蕩器為L(zhǎng)C振蕩器，只要使變?nèi)荻O管的可控電容參與回路電容，并用調(diào)制信號(hào)去控制變?nèi)荻O管的電容量，就可以直接改變LC振蕩器的振蕩頻率，構(gòu)成變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。在圖2-3-5 (a)中、對(duì)載波視為短路，同時(shí)、起隔離直流作用，為扼流圈，對(duì)載波視為開(kāi)路，但對(duì)低頻和直流視為短路；變?nèi)荻O管的電容與L構(gòu)成振蕩回路，如圖2-3-5 (b)所示，低頻調(diào)制信號(hào)與直流電壓迭加控制變?nèi)荻O管的反偏電壓，其低頻等效電路如圖2-3-5 (c) 所示。 振蕩頻率可近似由回路電感L和變?nèi)荻O管結(jié)電容Cj所決定 由于變?nèi)荻O管的電容受調(diào)制信號(hào)的直接控制，所以振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化。變?nèi)荻O管直接調(diào)

7、頻電路控制方便，調(diào)制頻偏大，性能較好，常用于高頻寬帶調(diào)頻。 1jLC （2）電路實(shí)例 圖2-3-6（a)所示為變?nèi)荻O管90MHz直接調(diào)頻電路，調(diào)制信號(hào)電壓（含偏置直流）通過(guò)22H電感加在變?nèi)荻O管兩端，控制變?nèi)荻O管容量使振蕩器頻率隨低頻調(diào)制信號(hào)電壓變化。 電路的基礎(chǔ)是電容三點(diǎn)式正弦振蕩器，如圖2-3-6 ( b)為振蕩部分交流等效電路，通過(guò)電感耦合輸出調(diào)頻信號(hào)。 晶體振蕩器調(diào)頻電路是將變?nèi)荻O管和石英晶體串聯(lián)或并聯(lián)后，接入振蕩回路構(gòu)成的調(diào)頻振蕩器。圖2-3-7（a）為某型無(wú)線話筒晶體振蕩器直接調(diào)頻電路，音頻信號(hào)通過(guò)R29加在變?nèi)荻O管負(fù)極，控制變?nèi)荻O管結(jié)電容，實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。電路中，電源電

8、壓通過(guò)R29、R30、R31為變?nèi)荻O管D4提供反向直流偏置，D4與晶體Y1及電感L1串聯(lián)，再與C23,C27并聯(lián)構(gòu)成克拉波振蕩器，改變L1可微調(diào)調(diào)頻中心頻率，交流等效電路如圖2-3-7（b）所示。 該無(wú)線話筒發(fā)射的中心頻率是固定的，不同的頻點(diǎn)的無(wú)線話筒采用不同頻率的泛音晶體。 石英晶體振蕩回路具有振蕩中心頻率十分穩(wěn)定，載波頻率飄移小的優(yōu)點(diǎn)，但晶體的調(diào)制頻偏小，為提高調(diào)頻頻偏，后級(jí)連接12倍頻電路使發(fā)射頻率倍頻到229.56MHz（19.130 MHz12=229.56MHz）。倍頻后，不僅提高了載頻頻率，調(diào)制頻偏也擴(kuò)大了12倍。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的原理。 了解調(diào)頻調(diào)制特性

9、及測(cè)量方法。 觀察寄生調(diào)幅現(xiàn)象，了解其產(chǎn)生及消除的方法 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 測(cè)試變?nèi)荻O管的靜態(tài)調(diào)制特性。 觀察調(diào)頻波波形。 觀察調(diào)制信號(hào)振幅時(shí)對(duì)頻偏的影響。 觀察寄生調(diào)幅現(xiàn)象。 三、實(shí)驗(yàn)原理及電路 直接調(diào)頻即為載波的瞬時(shí)頻率受調(diào)制信號(hào)的直接控制。其頻率的變化量與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。常用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路及實(shí)物圖與圖2-1-20，圖2-1-21相同。從J2處加入調(diào)制信號(hào)，使變?nèi)荻O管的瞬時(shí)反向偏置電壓在靜態(tài)反向偏置電壓的基礎(chǔ)上按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，從而使振蕩頻率也隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，此時(shí)從J1處輸出為調(diào)頻波（FM）。C15為變?nèi)荻?jí)管的高頻通路，L1為音頻信號(hào)提供低頻通路

10、，L1和C23可阻止高頻振蕩信號(hào)進(jìn)入調(diào)制信號(hào)源。圖2-3-8表示出了當(dāng)變?nèi)荻O管在低頻正弦調(diào)制信號(hào)作用情況下，電容和振蕩頻率的變化示意圖。在圖2-3-8（a）中，U0是加到變?nèi)荻O管的直流電壓，當(dāng)uU0時(shí)，電容值為C0。u是調(diào)制電壓，當(dāng)u為正半周時(shí)，變?nèi)荻O管負(fù)極電位升高，即反向偏壓增大，變?nèi)荻O管的電容減?。划?dāng)u為負(fù)半周時(shí)，變?nèi)荻O管負(fù)極電位降低，即反向偏壓減小，變?nèi)荻O管的電容增大。在圖2-3-8（a）中，對(duì)應(yīng)于靜止?fàn)顟B(tài)，變?nèi)荻O管的電容為C0，此時(shí)振蕩頻率為f0。圖 2-3-8變?nèi)荻O管電容和振蕩頻率變化示意圖a) 電容與調(diào)制電壓關(guān)系b) 振蕩頻率與調(diào)制電壓關(guān)系c) 理想的頻率與調(diào)制電壓

11、線性關(guān)系因?yàn)?，所以電容小時(shí)，振蕩頻率高，而電容大時(shí)，振蕩頻率低。從圖2-3-8（a）中可以看到，由于C-u曲線的非線性，雖然調(diào)制電壓是一個(gè)正弦波，但電容隨時(shí)間的變化是非正弦波形，但是由于，f和C的關(guān)系也是非線性。不難看出，C-u和f-C的非線性關(guān)系起著抵消作用，即得到f-u的關(guān)系趨于線性，見(jiàn)圖2-3-8（c）。了獲得線性調(diào)制，頻率振蕩應(yīng)該與調(diào)制電壓成線性關(guān)系，用數(shù)學(xué)表示為：中A是一個(gè)常數(shù)，由以上二式可得將上式兩邊平方并移項(xiàng)可得 12fAuAuLC22221(2 )CBuLA u2212241(2)2nnnffCBuufLBfnuSuLBSnLB002000000122ffLCCBUUfLBfS

12、U 上式表明，在n2的條件下，調(diào)制靈敏度與調(diào)制電壓無(wú)關(guān)（這就是線性調(diào)制的條件），而與中心振蕩頻率成正比，與變?nèi)荻O管的直流偏壓成反比。它給我們一個(gè)啟示，為了提高調(diào)制靈敏度，在不影響線性的條件下，直流偏壓應(yīng)該盡可能低些，當(dāng)某一變?nèi)荻O管能使總電容C-u特性曲線的n2的直線段愈靠近偏壓小的區(qū)域時(shí)，那么，采用該變?nèi)荻O管所能得到的調(diào)制靈敏度就愈高。當(dāng)我們采用串聯(lián)和并聯(lián)固定電容以及控制高頻振蕩電壓等方法來(lái)獲得C-u特性n2的線性段時(shí)，如果能使該線性段盡可能移向電壓低的區(qū)域，那么對(duì)提高調(diào)制靈敏度是有利的。 由式（2.3.21）可以看出，如果對(duì)調(diào)頻器的調(diào)制線性沒(méi)有要求，n值愈大，調(diào)制靈敏度越高。因此，選用n值大的變?nèi)莨埽娐凡煌饨哟?lián)或并聯(lián)固定電容，就可以獲得較高的調(diào)制靈敏度。 1.靜態(tài)調(diào)制特性測(cè)量（參見(jiàn)模塊二課題一圖2-1-20，圖2-1-21）將電路接成壓控振蕩器，J2端不接音頻信號(hào)，將頻率計(jì)接于J1處，調(diào)節(jié)電位器W1，記下變?nèi)荻O管D1、D2兩端電壓和對(duì)應(yīng)輸出頻率，并記于下表中。動(dòng)態(tài)測(cè)試1）