頻率調(diào)制與解調(diào)改

頻率調(diào)制與解調(diào)改第1頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.1調(diào)頻信號(hào)分析7.1.1調(diào)頻信號(hào)的參數(shù)與波形設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)uΩ(t)=UΩcosΩt,未調(diào)載波電壓為uC=UCcosωct,則根據(jù)頻率調(diào)制的定義,調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為它是在ωc的基礎(chǔ)上,增加了與uΩ(t)成正比的頻率偏移。式中kf為比例常數(shù)。調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位φ(t)是瞬時(shí)角頻率ω(t)對(duì)時(shí)間的積分,即第2頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

式中,φ0為信號(hào)的起始角頻率。為了分析方便,不妨設(shè)φ0=0,則式（7―2）變?yōu)椋?―2）式中，為調(diào)頻指數(shù)。FM波的表示式為第3頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―1調(diào)頻波波形第4頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―2調(diào)頻波Δfm、mf與F的關(guān)系第5頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.1.2調(diào)頻波的頻譜1．調(diào)頻波的展開式因?yàn)槭剑?―4）中的是周期為2π/Ω的周期性時(shí)間函數(shù),可以將它展開為傅氏級(jí)數(shù),其基波角頻率為Ω,即（7―5）

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(jí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算:（7―6）第6頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四它隨mf變化的曲線如圖7―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(jí)數(shù)展開式為（7―7）第7頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―3第一類貝塞爾函數(shù)曲線第8頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)將上式進(jìn)一步展開,有

uFM(t)=UC［J0(mf)cosωct+J1(mf)cos(ωc+Ω)t-J1(mf)cos(ωc-Ω)t+J2(mf)cos(ωc+2Ω)t+J2(mf)cos(ωc-2Ω)t+J3(mf)cos(ωc+3Ω)t-J3(mf)cos(ωc-3Ω)t+…］（7―8）第9頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―4單頻調(diào)制時(shí)FM波的振幅譜（a）Ω為常數(shù);（b）Δωm為常數(shù)第10頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―5調(diào)頻信號(hào)的矢量表示第11頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―6|Ｊn(mf)|≥0.01時(shí)的n/mf曲線第12頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四以載波fc為中心，由無窮多對(duì)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(duì)稱分布。載波分量并不總是最大，有時(shí)為零。FM信號(hào)的功率大部分集中在載頻附近。頻譜結(jié)構(gòu)與mf有密切關(guān)系。在F一定時(shí)，Δfmmf

有影響的邊頻數(shù)量增加頻譜展寬在Δfm一定時(shí)，F(xiàn)mf

有影響的邊頻數(shù)量增加主要頻譜寬度基本不變。第13頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.1.3調(diào)頻波的信號(hào)帶寬通常采用的準(zhǔn)則是,信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量,即|Jn(mf)|≥0.01由圖可見,當(dāng)mf很大時(shí),n/mf趨近于1。因此當(dāng)mf1時(shí),應(yīng)將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi),此時(shí)帶寬為

Bs=2nF=2mfF=2Δfm（7―9）當(dāng)mf很小時(shí),如mf<0.5,為窄頻帶調(diào)頻,此時(shí)

Bs=2F（7―10）第14頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四對(duì)于一般情況,帶寬為

Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F)（7―11）更準(zhǔn)確的調(diào)頻波帶寬計(jì)算公式為（7―12）

當(dāng)調(diào)制信號(hào)不是單一頻率時(shí),由于調(diào)頻是非線性過程,其頻譜要復(fù)雜得多。比如有F1、F2兩個(gè)調(diào)制頻率,則根據(jù)式(7-7)可寫出第15頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.1.4調(diào)頻波的功率調(diào)頻信號(hào)uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為

由于余弦項(xiàng)的正交性,總和的均方值等于各項(xiàng)均方值的總和,由式（7―7）可得（7―13）（7―14）（7―15）第16頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.1.5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(shí)相位以未調(diào)載波相位φc為中心按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的等幅高頻振蕩。如uΩ(t)=UΩcosΩt,并令φ0=0,則其瞬時(shí)相位為

φ(t)=ωct+Δφ(t)=ωct+kpuΩ(t)=ωct+ΔφmcosΩt=ωct+mpcosΩt（7―16）從而得到調(diào)相信號(hào)為

uPM(t)=UCcos(ωct+mpcosΩt)（7―17）第17頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四調(diào)相波的瞬時(shí)頻率為（7―18）圖7―8調(diào)相波Δfm、mp與F的關(guān)系第18頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―7調(diào)相波波形第19頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信號(hào)帶寬為Bs=2(mp+1)F(7―19)

圖7―9調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系第20頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．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7―1。在本節(jié)結(jié)束前,要強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn):（1）角度調(diào)制是非線性調(diào)制,在單頻調(diào)制時(shí)會(huì)出現(xiàn)（ωc±nΩ）分量,在多頻調(diào)制時(shí)還會(huì)出現(xiàn)交叉調(diào)制（ωc±nΩ1±kΩ2+…）分量。（2）調(diào)頻的頻譜結(jié)構(gòu)與mf密切相關(guān)。mf大,頻帶寬。（3）與AM制相比,角調(diào)方式的設(shè)備利用率高,因其平均功率與最大功率一樣。第21頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表7―1調(diào)頻波與調(diào)相波的比較表第22頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例1調(diào)角波試計(jì)算說明（1）調(diào)角波的載波頻率；（2）調(diào)制信號(hào)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)制靈敏度載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)試寫出輸出調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式。第23頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例3已知調(diào)制信號(hào)（1）對(duì)應(yīng)的調(diào)頻波與調(diào)相波的有效頻譜寬度（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第24頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.2調(diào)頻器與調(diào)頻方法7.2.1調(diào)頻器對(duì)于圖7―10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。第25頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―10調(diào)頻特性曲線第26頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

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(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(gè)元件(L或C),使其參數(shù)隨調(diào)制電壓變化,就可達(dá)到直接調(diào)頻的目的。常用的方法是采用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻，由于電路簡(jiǎn)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(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可獲得較大頻偏，其主要缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度差。第27頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．間接調(diào)頻法實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵是如何進(jìn)行相位調(diào)制。通常,實(shí)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(duì)的是窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)。對(duì)于單音調(diào)相信號(hào)

uPM=Ucos(ωct+mpcosΩt)=Ucosωctcos(mpcosΩt)-Usin(mpcosΩt)sinωct當(dāng)mp≤π/12時(shí),上式近似為

uPM≈Ucosωct-UmpcosΩtsinωct（7―20）第28頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―11矢量合成法調(diào)第29頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2）可變移相法?？勺円葡喾ň褪抢谜{(diào)制信號(hào)控制移相網(wǎng)絡(luò)或諧振回路的電抗或電阻元件來實(shí)現(xiàn)調(diào)相。(3）可變延時(shí)法。將載波信號(hào)通過一可控延時(shí)網(wǎng)絡(luò),延時(shí)時(shí)間τ受調(diào)制信號(hào)控制,即

τ=kduΩ(t)則輸出信號(hào)為

u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］由此可知,輸出信號(hào)已變成調(diào)相信號(hào)了。

第30頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.擴(kuò)大調(diào)頻器線性頻偏的方法對(duì)于直接調(diào)頻電路,調(diào)制特性的非線性隨最大相對(duì)頻偏Δfm/fc的增大而增大。當(dāng)最大相對(duì)頻偏Δfm/fc限定時(shí),對(duì)于特定的fc,Δfm也就被限定了,其值與調(diào)制頻率的大小無關(guān)。

第31頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.3調(diào)頻電路（7―21）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(jié)電容Cj與在其兩端所加反偏電壓u之間存在著如下關(guān)系:第32頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―12變?nèi)莨艿腃j～u曲線第33頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四靜態(tài)工作點(diǎn)為EQ時(shí),變?nèi)荻O管結(jié)電容為（7―22）

設(shè)在變?nèi)荻O管上加的調(diào)制信號(hào)電壓為

uΩ(t)=UΩcosΩt,則（7―23）第34頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四將式（7―23）代入式（7―21）,得(7―24)第35頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2)變?nèi)荻O管直接調(diào)頻性能分析（1）Cj為回路總電容。圖7―13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7―13（a）振蕩回路的簡(jiǎn)化高頻電路。由此可知,若變?nèi)莨苌霞觰Ω(t),就會(huì)使得Cj隨時(shí)間變化（時(shí)變電容）,如圖7―14(a)所示,此時(shí)振蕩頻率為（7―25）第36頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―13變?nèi)莨茏鳛榛芈房傠娙萑拷尤牖芈返?7頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―14變?nèi)莨芫€性調(diào)頻原理第38頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四振蕩頻率隨時(shí)間變化的曲線如圖7―14(b)所示。

在上式中,若γ=2,則得（7―26）一般情況下,γ≠2,這時(shí),式（7―25）可以展開成冪級(jí)數(shù)第39頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四忽略高次項(xiàng),上式可近似為(7―27)二次諧波失真系數(shù)可用下式求出:(7―28)第40頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四調(diào)頻靈敏度可以通過調(diào)制特性或式（7―27）求出。根據(jù)調(diào)頻靈敏度的定義,有（7―29）第41頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）Cj作為回路部分電容接入回路。在實(shí)際應(yīng)用中,通常γ≠2,Cj作為回路總電容將會(huì)使調(diào)頻特性出現(xiàn)非線性,輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定度也將下降。因此,通常利用對(duì)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。第42頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―15Cj與固定電容串、并聯(lián)后的特性第43頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―16變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路舉例（a）實(shí)際電路;（b）等效電路第44頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四將圖7―16（b）的振蕩回路簡(jiǎn)化為圖7―17,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（7―30）圖7―17部分接入的振蕩回路第45頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四振蕩頻率為式中第46頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四從式（7―32）可以看出,當(dāng)Cj部分接入時(shí),其最大頻偏為（7―33）

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?yīng)避免在低壓區(qū)工作。第47頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―18加在變?nèi)莨苌系碾妷旱?8頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―19變?nèi)莨艿刃щ娙蓦S高頻電壓振幅和偏壓的變化

(a）Ｃj隨U1變化曲線;（b）Cj隨EＱ變化曲線第49頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.晶體振蕩器直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管（對(duì)LC振蕩器）直接調(diào)頻電路的中心頻率穩(wěn)定度較差。為得到高穩(wěn)定度調(diào)頻信號(hào),須采取穩(wěn)頻措施,如增加自動(dòng)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(jiǎn)單方法是直接對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻。第50頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―20（a）為變?nèi)荻O管對(duì)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(dāng)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(fù)載電容CL。此電路的振蕩頻率為（7―34）Cq：晶體的動(dòng)態(tài)電容Co：晶體的靜電容CL：C1、C2、Cj的串聯(lián)電容值第51頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―20晶體振蕩器直接調(diào)頻電路（a）實(shí)際電路;（b）交流等效電路第52頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.張弛振蕩器直接調(diào)頻電路圖7―21是一種調(diào)頻三角波產(chǎn)生器的方框圖。調(diào)制信號(hào)控制恒流源發(fā)生器,當(dāng)調(diào)制信號(hào)為零時(shí),恒流源輸出電流為I;當(dāng)有調(diào)制電壓時(shí),輸出電流為I+ΔI(t),ΔI(t)與調(diào)制信號(hào)成正比。第53頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―21三角波調(diào)頻方框圖第54頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―22電壓比較器的遲滯特性和輸入、輸出波形第55頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―23三角波變?yōu)檎也ㄗ儞Q特性第56頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四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(hào),可在其輸出端加波形變換電路或?yàn)V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(gè)非線性網(wǎng)絡(luò),其傳輸特性為第57頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.3.2間接調(diào)頻電路圖7―24是一個(gè)變?nèi)荻O管調(diào)相電路。它將受調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)莨茏鳛檎袷幓芈返囊粋€(gè)元件。Lc1、Lc2為高頻扼流圈,分別防止高頻信號(hào)進(jìn)入直流電源及調(diào)制信號(hào)源中。高Q并聯(lián)振蕩電路的電壓、電流間相移為（7―35）第58頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―24單回路變?nèi)莨苷{(diào)相器第59頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)Δφ＜π/6時(shí),tanφ≈φ,上式簡(jiǎn)化為設(shè)輸入調(diào)制信號(hào)為UΩcosΩt,其瞬時(shí)頻偏(此處為回路諧振頻率的偏移)為（7―36）當(dāng)Δφ＜π/6時(shí),tanφ≈φ,上式簡(jiǎn)化為（7―37）第60頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―25三級(jí)回路級(jí)聯(lián)的移相器第61頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例變?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(jié)電容其中試求：（1）調(diào)頻波的載波頻率，以及最大瞬時(shí)頻率、最小瞬時(shí)頻率（2）調(diào)頻波的最大頻偏，有效頻譜寬度。第62頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四變?nèi)莨苷{(diào)頻器的仿真

Pspiceexample/exam8.sch第63頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.4鑒頻器與鑒頻方法

7.4.1鑒頻器角調(diào)波的解調(diào)就是從角調(diào)波中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)的過程。調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為頻率檢波器或鑒頻器（FD）,調(diào)相波的解調(diào)電路稱為相位檢波器或鑒相器（PD）。第64頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―26鑒頻器及鑒頻特性

第65頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

峰值帶寬Bm：鑒頻特性曲線左右兩個(gè)最大值間對(duì)應(yīng)的頻率間隔。要求Bm>2Δfm對(duì)鑒頻器的另外一個(gè)要求,就是鑒頻跨導(dǎo)要大。所謂鑒頻跨導(dǎo)ＳD,就是鑒頻特性在載頻處的斜率,它表示的是單位頻偏所能產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓。鑒頻跨導(dǎo)又叫鑒頻靈敏度,用公式表示為（7―38）門限效應(yīng)：當(dāng)鑒頻器輸入信噪比低于規(guī)定的門限值，鑒頻器的輸出信噪比將急劇下降，甚至無法接收。第66頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

7.4.2鑒頻方法1.振幅鑒頻法調(diào)頻波振幅恒定,故無法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。鑒于二極管峰值包絡(luò)檢波器線路簡(jiǎn)單、性能好,能否把包絡(luò)檢波器用于調(diào)頻解調(diào)器中呢？顯然,若能將等幅的調(diào)頻信號(hào)變換成振幅也隨瞬時(shí)頻率變化、既調(diào)頻又調(diào)幅的FM―AM波,就可以通過包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號(hào)。用此原理構(gòu)成的鑒頻器稱為振幅鑒頻器。其工作原理如圖7―27所示。第67頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(a)振幅鑒頻器框圖；(b)變換電路特性圖7―27振幅鑒頻器原理第68頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1）直接時(shí)域微分法設(shè)調(diào)制信號(hào)為uΩ=f(t),調(diào)頻波為（7―39）（7―40）對(duì)此式直接微分可得

第69頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―28微分鑒頻原理第70頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―29微分鑒頻電路

第71頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2）斜率鑒頻法雙離諧鑒頻器的輸出是取兩個(gè)帶通響應(yīng)之差,即該鑒頻器的傳輸特性或鑒頻特性,如圖7-33中的實(shí)線所示。其中虛線為兩回路的諧振曲線。從圖看出,它可獲得較好的線性響應(yīng),失真較小,靈敏度也高于單回路鑒頻器。第72頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―30單回路斜率鑒頻器第73頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―30單回路斜率鑒頻器第74頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―31雙失諧平衡鑒頻器

第75頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―32圖7―31各點(diǎn)波形第76頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―33雙失諧鑒頻器的鑒頻特性第77頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.相位鑒頻法相位鑒頻法的原理框圖如圖7―34所示。圖中的變換電路具有線性的頻率—相位轉(zhuǎn)換特性，它可以將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成相位也隨瞬時(shí)頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的FM―PM波。

圖7―34相位鑒頻法的原理框圖第78頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

相位鑒頻法的關(guān)鍵是相位檢波器。相位檢波器或鑒相器就是用來檢出兩個(gè)信號(hào)之間的相位差，完成相位差—電壓變換作用的部件或電路。設(shè)輸入鑒相器的兩個(gè)信號(hào)分別為(7―41)(7―42)

同時(shí)加于鑒相器，鑒相器的輸出電壓uo是瞬時(shí)相位差的函數(shù)，即(7―43)第79頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1)乘積型相位鑒頻法利用乘積型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱為乘積型相位鑒頻法或積分(Quadrature)鑒頻法。在乘積型相位鑒頻器中，線性相移網(wǎng)絡(luò)通常是單諧振回路(或耦合回路)，而相位檢波器為乘積型鑒相器，如圖7―35所示。

圖7―35乘積型相位鑒頻法第80頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四乘積型鑒相器u1和u2均為小信號(hào)則輸出電流為:經(jīng)低通濾波，輸出電壓為：第81頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四u1為小信號(hào)，u2為大信號(hào)第82頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四u1和u2均為大信號(hào)當(dāng)時(shí)，

當(dāng)時(shí)第83頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

設(shè)乘法器的乘積因子為K，則經(jīng)過相乘器和低通濾波器后的輸出電壓為

2)疊加型相位鑒頻法利用疊加型鑒相器實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法稱為疊加型相位鑒頻法。對(duì)于疊加型鑒相器，就是先將u1和u2(式(7―41)和(7―42))相加，把兩者的相位差的變化轉(zhuǎn)換為合成信號(hào)的振幅變化，然后用包絡(luò)檢波器檢出其振幅變化，從而達(dá)到鑒相的目的。

(7―44)第84頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四設(shè)輸入鑒相器的信號(hào)為則U(t)=為抵消直流項(xiàng)、擴(kuò)大線性鑒頻范圍，常采用平衡式電路，差動(dòng)輸出第85頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―36平衡式疊加型相位鑒頻器框圖

第86頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻法調(diào)頻信號(hào)的信息寄托在已調(diào)波的頻率上。從某種意義上講，信號(hào)頻率就是信號(hào)電壓或電流波形單位時(shí)間內(nèi)過零點(diǎn)(或零交點(diǎn))的次數(shù)。對(duì)于脈沖或數(shù)字信號(hào)，信號(hào)頻率就是信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)?；谶@種原理的鑒頻器稱為零交點(diǎn)鑒頻器或脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。第87頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―37直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器

第88頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例4鑒頻器的輸入信號(hào)為，鑒頻跨導(dǎo)SD=-5mV/kHz,線性鑒頻范圍大于2Δfm,求輸出電壓uO(t)。解：

第89頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.5鑒頻電路7.5.1疊加型相位鑒頻電路

1.互感耦合相位鑒頻器互感耦合相位鑒頻器又稱福斯特―西利(Foster―Seeley)鑒頻器，圖7-38是其典型電路。相移網(wǎng)絡(luò)為耦合回路。第90頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―38互感耦合相位鑒頻器

返回比例鑒頻器第91頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1)頻率—相位變換頻率—相位變換是由圖7―39(a)所示的互感耦合回路完成的。由圖7―39(b)的等效電路可知，初級(jí)回路電感L1中的電流為(7―45)第92頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―39互感耦合回路

第93頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四考慮初、次級(jí)回路均為高Q回路，r1也可忽略。這樣，上式可近似為初級(jí)電流在次級(jí)回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為(7―46)(7―47)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在次級(jí)回路形成的電流為第94頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(7―48)(7―49)則上式變?yōu)?7―50)第95頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―40頻率—相位變換電路的相頻特性

第96頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2)相位—幅度變換根據(jù)圖中規(guī)定的與的極性，圖7―38電路可簡(jiǎn)化為圖7―41。這樣，在兩個(gè)檢波二極管上的高頻電壓分別為(7―51)

第97頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―41圖7―38的簡(jiǎn)化電路

第98頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

合成矢量的幅度隨與間的相位差而變化(FM―PM―AM信號(hào))，如圖7―42所示。①f=f0=fc時(shí)，與的振幅相等，即UD1=UD2;②f>f0=fc時(shí)，UD1>UD2，隨著f的增加，兩者差值將加大；③f<f0=fc時(shí)，UD1<UD2,隨著f的增加，兩者差值也將加大。第99頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―42不同頻率時(shí)的與矢量圖

第100頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3)檢波輸出設(shè)兩個(gè)包絡(luò)檢波器的檢波系數(shù)分別為Kd1,Kd2(通常Kd1=Kd12=Kd)，則兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出分別為uo1=Kd1UD1,uo2=Kd2UD2。鑒頻器的輸出電壓為(7―52)第101頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―43鑒頻特性曲線

第102頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―44SD～A曲線第103頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.電容耦合相位鑒頻器圖7―45(a)是電容耦合相位鑒頻器的基本電路。兩個(gè)回路相互屏蔽。圖中Cm為兩回路間的耦合電容，其值很小，一般只有幾個(gè)皮法至十幾個(gè)皮法。耦合回路部分單獨(dú)示于圖7―45(b)，其等效電路示于圖7―45(c)。根據(jù)耦合電路理論可求出此電路的耦合系數(shù)為(7―53)第104頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―45電容耦合相位鑒頻器第105頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四設(shè)次級(jí)回路的并聯(lián)阻抗Z2為

由于Cm很小，滿足1/(ωCm)>>p2Z2,p=1/2。分析可得,AB間的電壓為(7―54)(7―55)由此可得第106頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.5.2比例鑒頻器1.電路比例鑒頻器是一種類似于疊加型相位鑒頻器，而又具有自限幅(軟限幅)能力的鑒頻器，其基本電路如圖7―46(a)所示。它與互感耦合相位鑒頻器電路的區(qū)別在于：(1)兩個(gè)二極管順接；(2)在電阻(R1+R2)兩端并接一個(gè)大電容C，容量約在10μF數(shù)量級(jí)。時(shí)間常數(shù)(R1+R2)C很大，約0.1～0.25s，遠(yuǎn)大于低頻信號(hào)的周期。(3)接地點(diǎn)和輸出點(diǎn)改變。第107頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.工作原理圖7―46(b)是圖(a)的簡(jiǎn)化等效電路，電壓、電流如圖所示。由電路理論可得

i1(R1+RL)-i2RL=uc1(7―56)

i2(R2+RL)-i1RL=uc2(7―57)

uo=(i2-i1)RL(7―58)當(dāng)R1=R2=R時(shí)，可得(7―59)(7―60)

第108頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)f=fc時(shí)，UD1=UD2,i1=i2,但以相反方向流過負(fù)載RL,所以輸出電壓為零；當(dāng)f>fc時(shí)，UD1>UD2,i1>i2,輸出電壓為負(fù)；當(dāng)f<fc時(shí)，UD1<UD2,i1<i2，輸出電壓為正。第109頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―46比例鑒頻器電路及特性

電感耦合相位鑒頻器第110頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)中要特別注意。當(dāng)然，通過改變兩個(gè)二極管連接的方向或耦合線圈的繞向(同名端)，可以使鑒頻特性反向。另一方面，輸出電壓也可由下式導(dǎo)出：(7―61)第111頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.自限幅原理(1)回路的無載Q0值要足夠高，以便當(dāng)檢波器輸入電阻Ri隨輸入電壓幅度變化時(shí)，能引起回路Qe明顯的變化。(2)要保證時(shí)常數(shù)(R1+R2)C大于寄生調(diào)幅干擾的幾個(gè)周期。比例鑒頻器存在著過抑制與阻塞現(xiàn)象。第112頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―47減小過抑制及阻塞的措施

第113頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

7.5.3正交鑒頻器1.正交鑒頻原理正交鑒頻器實(shí)際上是一種乘積型相位鑒頻器，它由移相網(wǎng)絡(luò)、乘法器和低通濾波器三部分組成。調(diào)頻信號(hào)一路直接加至乘法器，另一路經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò)移相后(參考信號(hào))加至乘法器。由于調(diào)頻信號(hào)和參考信號(hào)同頻正交，因此，稱之為正交鑒頻器。第114頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.集成正交鑒頻器圖7―48是某電視機(jī)伴音集成電路，它包括限幅中放(V1,V2;V4、V5;V7、Ｖ8為三級(jí)差分對(duì)放大器，V3、V6和V9為三個(gè)射極跟隨器)、內(nèi)部穩(wěn)壓(VD1～VD5、V10)和鑒頻電路三部分。移相網(wǎng)絡(luò)如圖7―49(a)所示，其傳輸函數(shù)為(7―62)第115頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―48集成正交鑒頻器第116頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四其中，可見，u1與u2(實(shí)際上是ur與us)之間的相位差為相頻特性曲線見圖7―49(b)。若設(shè)(7―64)第117頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)Δf/f0<<1時(shí)，上式可寫為(7―65)可見，鑒頻器的輸出與輸入調(diào)頻信號(hào)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(7―66)第118頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―49移相網(wǎng)絡(luò)機(jī)器相頻特性第119頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.5.4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7―50(a)是一個(gè)在電視接收機(jī)伴音信號(hào)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。第120頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―50差分峰值斜率鑒頻器第121頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四移相網(wǎng)絡(luò)接在集成電路的⑨、10腳之間。設(shè)從⑨腳向右看的移相電路的諧振頻率為f01，從10腳向左看的移相電路的諧振頻率為f02，則(7―67)(7―68)第122頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.晶體鑒頻器晶體鑒頻器的原理電路如圖7―51所示。電容C與晶體串聯(lián)后接到調(diào)頻信號(hào)源。VD1、R1,C1和VD2、R2、C2為兩個(gè)二極管包絡(luò)檢波器。為了保證電路平衡，通常VD1與VD2性能相同，R1=R2,C1=C2。第123頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―51晶體鑒頻器原理電路第124頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―52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第125頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―53晶體鑒頻器的鑒頻特性第126頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.5.5限幅電路振幅限幅器的性能可由圖7―54(b)所示的限幅特性曲線表示。圖中，Up表示限幅器進(jìn)入限幅狀態(tài)的最小輸入信號(hào)電壓，稱為門限電壓。對(duì)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。第127頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―54限幅器及其特性曲線第128頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.6調(diào)頻收發(fā)信機(jī)及特殊電路7.6.1調(diào)頻發(fā)射機(jī)圖7―55是一種調(diào)頻發(fā)射機(jī)的框圖。其載頻fc=88～108MHz,輸入調(diào)制信號(hào)頻率為50Hz～15kHz，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(hào)送入調(diào)相器，由經(jīng)預(yù)加重和積分的調(diào)制信號(hào)對(duì)其調(diào)相。調(diào)相輸出的最大頻偏為25Hz，調(diào)制指數(shù)mf<0.5。第129頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―55調(diào)頻發(fā)射機(jī)框圖第130頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.6.2調(diào)頻接收機(jī)圖7―56為廣播調(diào)頻接收機(jī)典型方框圖。為了獲得較好的接收機(jī)靈敏度和選擇性，除限幅級(jí)、鑒頻器及幾個(gè)附加電路外，其主要方框均與AM超外差接收機(jī)相同。調(diào)頻廣播基本參數(shù)與發(fā)射機(jī)相同。第131頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―56調(diào)頻接收機(jī)方框圖第132頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.6.3特殊電路1.預(yù)加重及去加重電路理論證明，對(duì)于輸入白噪聲，調(diào)幅制的輸出噪聲頻譜呈矩形，在整個(gè)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7―57(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。第133頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―57調(diào)頻解調(diào)器的輸出噪聲頻譜

(a)功率譜；(b)電壓譜第134頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四由于調(diào)頻噪聲頻譜呈三角形，或者說與ω成線性關(guān)系，使我們聯(lián)想到將信號(hào)作相應(yīng)的處理，即要求預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)的特性為

H(jω)=jω

第135頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

圖7―58預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)及其特性

(a)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)；(b)頻率響應(yīng)第136頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四去加重網(wǎng)絡(luò)及其頻響曲線如圖7―59所示。從圖看出，當(dāng)ω<ω2時(shí)，預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)總的頻率傳遞函數(shù)近似為一常數(shù)，這正是使信號(hào)不失真所需要的條件。圖7―59去加重網(wǎng)絡(luò)及其特性第137頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四采用預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)后，對(duì)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生變化，但對(duì)信噪比卻得到較大的改善，如圖7―60所示。圖7―60預(yù)、去加重網(wǎng)絡(luò)對(duì)信噪比的改善第138頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.靜噪電路由于在調(diào)頻接收中存在門限效應(yīng)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)遇到無信號(hào)或弱信號(hào)的情況，這時(shí)輸入信噪比就低于門限值，輸出端的噪聲就會(huì)急劇增加。第139頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―61靜噪電路舉例第140頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖7―62靜噪電路接入方式第141頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四附：集成調(diào)頻、鑒頻電路芯片介紹1.MC2833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(shè)備,兩者差別不大。現(xiàn)僅介紹MC2833的電路原理和應(yīng)用。下圖是MC2833內(nèi)部結(jié)構(gòu)和由它組成的調(diào)頻發(fā)射機(jī)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(gè)輔助晶體管放大器等幾個(gè)主要部分,需要外接晶體、LC選頻網(wǎng)絡(luò)以及少量電阻、電容和電感。第142頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第143頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四MC2833內(nèi)部包括話筒放大器、射頻壓控振蕩器、緩沖器、兩個(gè)輔助晶體管放大器等幾個(gè)主要部分,需要外接晶體、LC選頻網(wǎng)絡(luò)以及少量電阻、電容和電感。MC2833的電源電壓范圍較寬,為28V～90V。當(dāng)電源電壓為40V,載頻為166MHz時(shí),最大頻偏可達(dá)10kHz,調(diào)制靈敏度可達(dá)15Hz／mV。輸出最大功率為10mW(50Ω負(fù)載)。話筒產(chǎn)生的音頻信號(hào)從⑤腳輸入,經(jīng)放大后去控制可變電抗元件?？勺冸娍乖闹绷髌珘河善瑑?nèi)參考電壓VREF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(gè)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(hào)。第144頁(yè)，共157頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

與晶體串聯(lián)的33μF電感用于擴(kuò)展最大線性頻偏。緩沖器