第七章-頻率調(diào)制與解調(diào)

第7章頻率調(diào)制與解調(diào)

（anglemodulationanddemodulation）7.1概述7.2調(diào)頻信號(hào)的分析

7.3調(diào)頻電路

7.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

7.6FM發(fā)射機(jī)與接收機(jī)

7.5調(diào)頻制的抗干擾性及特殊電路

任意正弦波信號(hào)：

如果利用調(diào)制信號(hào)去控制三個(gè)參量中的某個(gè)，可產(chǎn)生調(diào)制的作用:amphitudemodulationAM:frequencymodulationFM:phasemodulationPM:角度調(diào)制

AMAMDSB屬于頻譜線性搬移電路,調(diào)制信號(hào)寄生于已調(diào)信號(hào)的振幅變化中FMPM調(diào)制方式中：屬于頻譜的非線性搬移電路,已調(diào)波為等幅波,調(diào)制信息寄生于已調(diào)波的頻率和相位變化中

SSB7.1概述FM，PMω從已調(diào)波中檢取出原調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)(AM)振幅解調(diào)——檢波

(FM)頻率解調(diào)——鑒頻detection

(frequencydiscrimination)(PM)相位解調(diào)——檢相(phasedetection)AMωωωωωωωω當(dāng)進(jìn)行角度調(diào)制（FM或PM）后,其已調(diào)波的角頻率將是時(shí)間的函數(shù)即。可用右圖所示的旋轉(zhuǎn)矢量表示ω(t)t=tω(t)t=0實(shí)軸設(shè):旋轉(zhuǎn)矢量的長(zhǎng)度為,且當(dāng)t=0時(shí)，初相角為，t=t時(shí)刻，

矢量與實(shí)軸之間的瞬時(shí)相角為，顯然有：該矢量在實(shí)軸上的投影：

7.2調(diào)角信號(hào)的分析

一.調(diào)角信號(hào)的參數(shù)與波形1.瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位（instantaneousfrequencyandphase）設(shè):高頻載波信號(hào)為：調(diào)制信號(hào)：（1）調(diào)頻FM：由于已調(diào)波頻率隨調(diào)制信號(hào)線形變化，則有：其中：①:載波角頻率，F(xiàn)M波的中心頻率.②：調(diào)頻靈敏度，

單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的頻率偏移

.③,瞬時(shí)頻率偏移（簡(jiǎn)稱頻偏）,寄載了調(diào)制信息，表示瞬時(shí)頻率相對(duì)于載波頻率的偏移.④最大頻偏另外，由瞬時(shí)頻率與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)相位的關(guān)系，若設(shè)

則有：

其中：⑤：瞬時(shí)相位偏移，

2.調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表示：設(shè)：載波：⑥最大相位偏移：一般令

，稱為FM波的調(diào)頻指數(shù)，一般調(diào)頻信號(hào)的

數(shù)學(xué)表達(dá)式：

所以有：

注意：與AM波不同，mf一般可大于1，且mf

越大，抗干擾性能

越好，但頻帶越寬。

對(duì)于單一頻率調(diào)制的FM波，由于

圖7―1調(diào)頻波波形ΔωmΩmf由于已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號(hào)線形變化，則有：其中：①：為載波的相位角。

②：調(diào)相靈敏度，

，單位調(diào)制信號(hào)振幅引起的相位偏移.③：瞬時(shí)相位偏移，即相對(duì)于

的偏移。2．相位調(diào)制：④最大相位移：

（調(diào)相指數(shù)）另外，由瞬時(shí)相位與所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率之間的關(guān)系，可得：式中：⑤

；PM波瞬時(shí)頻偏⑥最大頻偏:PM波的表達(dá)式為：

對(duì)于單一頻率調(diào)制信號(hào)

的PM波：

圖7―7調(diào)相波波形mpΔωmΩ設(shè):載波調(diào)制信號(hào)：

FM波

PM波(1)瞬時(shí)頻率：

3.調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)的比較(2)瞬時(shí)相位：

(3)最大頻偏

(4)最大相位：

(5)表達(dá)式:

討論：一般調(diào)角信號(hào)的表達(dá)式：mpΔωmΔωmΩmfΩ（1）FM波：（2）PM波：

可以看出調(diào)相制的信號(hào)帶寬隨調(diào)制信號(hào)頻率的升高而增加，而調(diào)

頻波則不變，有時(shí)把調(diào)頻制叫做恒定帶寬調(diào)制。（3）調(diào)頻波的波形由上式，無論調(diào)頻或調(diào)相，最大頻移（頻偏）與調(diào)制指數(shù)之間的關(guān)系都是相同的。若頻偏用表示，調(diào)制指數(shù)用m表示，則與m之間滿足以下關(guān)系

二.調(diào)頻波的頻譜和頻譜寬度

1．調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)uFM(t)=Am{J0(m)cosωct+J1(m)［cos(ωc+Ω)t-cos(ωc-Ω)t］+J2(m)［cos(ωc+2Ω)t+cos(ωc-2Ω)t］+J3(m)［cos(ωc+3Ω)t-cos(ωc-3Ω)t］+J4(m)［cos(ωc+4Ω)t+cos(ωc-4Ω)t］+J5(m)［cos(ωc+5Ω)t-cos(ωc-5Ω)t］…}單頻調(diào)角信號(hào)頻譜具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)由載頻和無窮多組上、下邊頻組成,這些頻率分量滿足ωc±nΩ,振幅為Jn(m)Am,n=0,1,2,…。Am是調(diào)角信號(hào)振幅。當(dāng)n為偶數(shù)時(shí),兩邊頻分量振幅相同,相位相同；當(dāng)n為奇數(shù)時(shí),兩邊頻分量振幅相同,相位相反。第一類貝塞爾函數(shù)曲線曲線（a）Ω為常數(shù)，（b）

Δωm為常數(shù)mf的增大主要靠減小調(diào)制頻率實(shí)現(xiàn)。mf越大，邊頻分量越多，但帶寬基本不變。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)PM的頻譜及帶寬調(diào)相波的帶寬B=2（mp+1)F

由于mp與F無關(guān)，所以，帶寬隨F正比變化。圖7―5調(diào)頻信號(hào)的矢量表示

uFM(t)=Am{J0(m)cosωct+J1(m)［cos(ωc+Ω)t-cos(ωc-Ω)t］+J2(m)［cos(ωc+2Ω)t+cos(ωc-2Ω)t］+J3(m)［cos(ωc+3Ω)t-cos(ωc-3Ω)t］+J4(m)［cos(ωc+4Ω)t+cos(ωc-4Ω)t］+J5(m)［cos(ωc+5Ω)t-cos(ωc-5Ω)t］…}n為偶數(shù)n為奇數(shù)調(diào)頻信號(hào)的調(diào)角作用由這些奇次邊頻完成，他們引起的附加幅度變化，由偶次邊頻的調(diào)幅作用來補(bǔ)償。從而得到幅度不變的合成矢量。|Ｊn(mf)|≥0.01時(shí)的n/mf曲線2.FM和PM的帶寬由圖可見,當(dāng)mf很大時(shí),n/mf趨近于1。因此當(dāng)mf≥1時(shí),應(yīng)將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi),此時(shí)帶寬為規(guī)定凡是振幅小于未調(diào)時(shí)制載波振幅的1%（或10%），的邊頻分量可忽略不計(jì)。有效上、下邊頻分量總數(shù)為2（mf+1)個(gè)。頻譜寬度BB=2（mf+1)F

根據(jù)不同的ΔF，分為寬帶調(diào)制與窄帶調(diào)制。ΔF>>F,寬帶調(diào)制，即mf>>1ΔF<<F,窄帶調(diào)制，即mf<<

1

相同點(diǎn)：FM和PM的頻譜結(jié)構(gòu)及帶寬與調(diào)制指數(shù)有關(guān)，mf

越大，邊頻分量個(gè)數(shù)越多。更準(zhǔn)確的調(diào)頻波帶寬計(jì)算公式為

3.FM和PM的聯(lián)系與區(qū)別調(diào)頻波可看成調(diào)制信號(hào)為的調(diào)相波。調(diào)相波可看成調(diào)制信號(hào)為的調(diào)頻波。

微分調(diào)頻積分調(diào)相FMPMuFM(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+…］

三.FM和PM的功率

等于載波功率和各邊頻功率之和。因?yàn)榈仁接疫厈}=1，可見平均功率與調(diào)制前等幅載波功率相等。說明調(diào)制的作用僅是將原來載波功率重新分配到各個(gè)邊頻上，總功率不變。調(diào)幅波由于余弦項(xiàng)的正交性,總和的均方值等于各項(xiàng)均方值的總和,即單音頻調(diào)制時(shí)，F(xiàn)M或PM的平均功率7.3調(diào)頻電路

7.3.1.

實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相的方法

7.3.2.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

7.3.3.晶體振蕩器直接調(diào)頻電路

7.3.4.間接調(diào)頻電路

7.3.1調(diào)頻器與調(diào)頻方法

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。

調(diào)頻特性曲線

1．直接調(diào)頻法

用調(diào)制信號(hào)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。2．間接調(diào)頻法

(1)如果把

先積分后，再經(jīng)過調(diào)相器，也可得到對(duì)

而言的調(diào)頻波，稱為間接調(diào)頻。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

主要針對(duì)窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)。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

—UmpcosΩt

sinωct

(2)把

先微分后再調(diào)頻，可以得間接調(diào)相（indirectPM）

表明當(dāng)調(diào)相指數(shù)較小時(shí)，調(diào)相波可由兩個(gè)信號(hào)合成得到。矢量合成法調(diào)頻

uPM≈Ucosωct

—UmpcosΩtsinωct2）可變移相法

利用調(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

則輸出信號(hào)為由此可知,輸出信號(hào)已變成調(diào)相信號(hào)。

VCO的特點(diǎn)：瞬時(shí)頻率隨外加控制信號(hào)的變化而變化。

VCO式中：U為振蕩信號(hào)的振幅，

:當(dāng)

時(shí)的振蕩頻率，k

f為:VCO控制靈敏度。

7.3.2壓控振蕩器直接調(diào)頻電路

用調(diào)制信號(hào)電壓控制振蕩回路的參數(shù)，(如回路電容C或回路電感L，)并使振蕩頻率ω正比于所加調(diào)制信號(hào)電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

在直接調(diào)頻法中常采用壓控振蕩器（VoltageControlOscillator）作為頻率調(diào)制器來產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。VCO中最常用的壓控元件：變?nèi)荻O管

由晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管組成的電抗電路。

壓控振蕩器直接調(diào)頻.優(yōu)點(diǎn)：可獲得較大頻偏.缺點(diǎn)：中心頻率穩(wěn)定性差，常采用自動(dòng)頻率微調(diào)（automaticfrequencycontrol，AFC）電路來克服載頻偏移。通常有：，壓控振蕩器的輸出信號(hào)即為調(diào)頻信號(hào)。變?nèi)荻O管

擴(kuò)散電容(diffusioncapacitance)正向偏置，電容效應(yīng)比較小。

勢(shì)壘電容(barriercapacitance)反向偏置，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。

1.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

（VaractordiodedirectFM）

PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，而專用的變?nèi)荻O管，是經(jīng)過特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰＝Y(jié)電容Cj與反偏電壓uR的關(guān)系：式中Co：

時(shí)的電容值（零偏置電容）反向偏置電壓，UD：PN結(jié)勢(shì)壘電位差。

γ

：結(jié)電容變化指數(shù)，通常γ=1/2—1/3，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容γ

=1—5可以看出C

j與uR之間是非線性關(guān)系，即變?nèi)荻O管屬于非線性電容，這種非線性電容基本上不消耗能量，產(chǎn)生的噪聲量級(jí)也較小，是較理想的高效率，低噪聲非線性電容。PN結(jié)具有電容效應(yīng)

變?nèi)莨艿腃j～u曲線設(shè):在變?nèi)荻O管上加一個(gè)靜態(tài)工作電壓Uo和一個(gè)單頻調(diào)制信號(hào)

，則結(jié)反偏電壓：

而結(jié)電容：

其中：

為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容。

表示結(jié)電容受調(diào)制信號(hào)調(diào)變的程度CjuRUQuRtCjtCjQ電容調(diào)制度為了突出調(diào)頻性能的分析，下圖只畫出了它的高頻交流等效電路，沒有畫出直流饋電電路。

2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻的原理電路

圖中；C3為高頻偶合電容，C4為偶合隔直電容，LD為高頻扼流圈，阻止高頻電流經(jīng)過調(diào)制信號(hào)源被旁路，右圖為振蕩器交流等效電路，Cj與振蕩器回路并聯(lián)，R1，R2為Cj的偏置電路，為Cj提供靜態(tài)直流偏壓

，而二極管的反偏電壓為：

+uR-LCjC1C2VTLCjC1C2VTLDC3C4ECR2+uΩ-R1+Uo-則由上電路可知，振蕩頻率為：

;而

為了簡(jiǎn)化電路分析，如果設(shè)：，則有

所以：有

其中：

為未加調(diào)制信號(hào)（）時(shí)的振蕩頻率，3．

調(diào)頻性能分析即為調(diào)頻振蕩器的中心頻率。討論：1設(shè)γ=2即滿足線性調(diào)頻。

2

當(dāng)則

LC1C2CjVT+uR-（利用級(jí)數(shù)展開忽略高次項(xiàng)，

可近似為：

是由Cj—Vd的非線性而引起的。雖然

（2）

：與調(diào)頻頻率有關(guān)的最大頻偏，雖然

（3）

：由于Cj—uR的非線性作用，由Ω的諧波分量（2Ω）而引起的附加頻偏，會(huì)造成調(diào)頻接收時(shí)的非線性失真，應(yīng)盡量減少這種失真。其中：（1）

：為中心頻率的偏移量定義調(diào)頻靈敏度：由圖(a)振蕩頻率隨時(shí)間變化曲線如圖(b)、(C)所示若γ=2，則若γ≠2，則二次諧波失真系數(shù)當(dāng)增大而使m增大時(shí)，將引起及增大．因此ｍ不能選得太大。

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。Cj與固定電容串、并聯(lián)后的特性

并聯(lián)電容可較大地調(diào)整

Cj值小的區(qū)域內(nèi)的C—u

特性，串聯(lián)電容可較大地調(diào)整Cj值大的區(qū)域內(nèi)的C—u特性。

若γ≠2,

則可通過串、并聯(lián)電容的方法，使C—u特性在一定偏壓范圍內(nèi)接近γ=2的特性，從而實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。4.實(shí)用變?nèi)莨芏O調(diào)頻電路

（1）L1，C1、C2串聯(lián)，C3和反向串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管，三個(gè)支路并聯(lián)組成電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路。

(2)直流偏置電壓-UQ同時(shí)加在兩個(gè)變?nèi)荻O管的正極，調(diào)制信號(hào)經(jīng)L4扼流圈加在二極管負(fù)極上，二個(gè)二極管的動(dòng)態(tài)偏置為：

（3）兩個(gè)變?nèi)荻O管串聯(lián)后的總電容

C'j與C3串聯(lián)后接入振蕩回路，對(duì)振蕩回路來說是部分接入，與單二極管直接接入比較，在相同的情況下，m值降低。

（4）兩變?nèi)荻O管反向串聯(lián)，對(duì)高頻信號(hào)而言，加到兩管的高頻電壓降低一半，可減弱高頻電壓對(duì)結(jié)電壓的影響，另外在高頻電壓的任一半周內(nèi)，一個(gè)變?nèi)莨芗纳娙菰龃?，而另一個(gè)減少，使結(jié)電容的變化不對(duì)稱性相互抵消，從而消弱寄生調(diào)制。

C1C2L1C3Cj1Cj2C1C3Cj1Cj2uΩR1R2LeReC2L1CbC4C5C6C7L2L3+-VT-UQECL4udC1C2L1C3Cj1Cj2j1;而

，則有

所以：有

將上式在處展開,得可以看出,當(dāng)Cj部分接入時(shí),其最大頻偏為可見,頻偏為全接入時(shí)頻偏的,調(diào)頻靈敏度也下降為全接入時(shí)的.下降.C1愈大,C2愈小,即p加大.變?nèi)莨懿糠纸尤牖芈贩绞竭m用于要求頻偏較小的情況,而且由于影響較小,隨溫度及電源電壓變化影響也小,有利于提高中心頻率的穩(wěn)定度.加在變?nèi)莨苌系碾妷?/p>

由每個(gè)高頻周期內(nèi)的平均電容確定。由于其非線性，的增大和減小不相同，因而造成平均電容增大。而且，高頻電壓疊加在調(diào)制信號(hào)之上，由圖看出每個(gè)高頻周期的平均電容變化不一樣，即引起頻率不按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化而造成寄生調(diào)制。部分接入可減小寄生調(diào)制晶體振蕩器直接調(diào)頻電路（a）實(shí)際電路;（b）交流等效電路7.3.4晶體振蕩器直接調(diào)頻電路在要求調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度較高，而頻偏較小的場(chǎng)合，可以采用直接對(duì)晶體振蕩器調(diào)頻的方法。

7.3.4晶體振蕩器直接調(diào)頻電路

1．晶體振蕩器直接調(diào)頻原理右圖為并聯(lián)型PierceOscillator，其振蕩頻率為：

式中：Cg為晶體的動(dòng)態(tài)電容，C

o：晶體的靜態(tài)電容，

，f

q：晶體的串聯(lián)諧振頻率。在電路中，當(dāng)Cj變化時(shí)，CL變化，從而使晶體振蕩器的振蕩頻率也發(fā)生變化，如果壓控元件Cj受調(diào)制電壓 控制，則PierceOscillator就成為一個(gè)晶體調(diào)頻振蕩器。注意：晶體在電路中呈現(xiàn)為一個(gè)等效電感，故只能工作于晶體的串聯(lián)諧振頻率f

q與并聯(lián)諧振頻率fp之間，而f

q與f

p之間的頻率變化范圍只有量級(jí)，再加上Cj的串聯(lián)，晶體的可調(diào)振蕩頻率更窄。

C2ClCjJT例如載頻為40MHZ的晶體調(diào)頻振蕩器，能獲得最大頻偏只有7.5KHZ，所以采用晶體調(diào)頻振蕩器雖然可以獲得較高的頻率穩(wěn)定度，但缺點(diǎn)是最大頻偏很小，實(shí)際中需要采用擴(kuò)大頻偏的措施。擴(kuò)大頻偏的方法有兩種：晶體支路中串接小電感；

利用π型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換來擴(kuò)展晶體呈現(xiàn)感性的工作頻率范圍。

2晶體調(diào)頻振蕩器的實(shí)際電路

C1C2CjLJT采用串接小電感L的方法來擴(kuò)大調(diào)頻的頻偏，變?nèi)荻O管的反向偏壓由EC經(jīng)穩(wěn)壓管VDZ穩(wěn)壓后經(jīng)RZ2=2.4k和W1=47k電位器分壓后，經(jīng)R=10K電阻加至變?nèi)莨苷龢O。改變47K電位器W1的活動(dòng)端可以調(diào)整變?nèi)莨艿腢o從而改變Cj

，把調(diào)頻器的中心頻率調(diào)至規(guī)定值。調(diào)制信號(hào)經(jīng)電位器W2加于變?nèi)莨躒D，改變4.7KΩ電位器W2的活動(dòng)頭，可以調(diào)整加在變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)電壓幅值，從而獲得要求的頻偏。-Uo+C5uΩ(t)W1W2VDJTCLRb1Rb2C1C2ReC3ECRz2Rz1VDzRC4+-1.間接調(diào)頻法

高穩(wěn)定度載波振蕩器相位調(diào)制器積分電路多級(jí)倍頻和混頻器寬帶窄帶7.3.5間接調(diào)頻電路

但最大頻偏小的缺點(diǎn)可以通過多級(jí)倍頻器后獲得符合要求的調(diào)頻頻偏，另外采用混頻器變換頻率可以得到符合要求的調(diào)頻波工作范圍。采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為主振級(jí)，然后再對(duì)這個(gè)穩(wěn)定的載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)相，這樣一來就可得中心頻率穩(wěn)定度高的調(diào)頻信號(hào)。在間接調(diào)頻時(shí)，要獲得線性調(diào)頻必需以線性調(diào)相為基礎(chǔ)。但在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)相時(shí)，要求最大瞬時(shí)相位偏移

，因而線性調(diào)相的范圍很窄，因此轉(zhuǎn)換成的調(diào)頻波的最大頻偏

很小，即：m

f<<1，這是間接調(diào)頻法的主要缺點(diǎn).間接調(diào)頻法就是利用調(diào)相方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

R1R2R3R4C1C2C3C4CjL載波輸入間接調(diào)頻的關(guān)鍵電路是調(diào)相器.高穩(wěn)定度振蕩器調(diào)相器積分器2.變?nèi)荻O管調(diào)相電路

如果忽略二次方以上各項(xiàng)，可得回路的諧振頻率為：

將變?nèi)荻O管接在高頻放大器的諧振回路里，就可構(gòu)成變?nèi)荻O管調(diào)相電路。

CjLUQ=9V載波輸入調(diào)相波輸出回路的頻率偏移為：

在高Q值及諧振回路失諧不大的情況下，并聯(lián)LC諧振回路電壓和電流間的相位關(guān)系為：Oωωoω幅頻特性Δφπ/6-π/6當(dāng)Δ

φ

<π/6（或30o）時(shí)，tanΔ

φ≈Δφ可得:表明:單級(jí)LC諧振回路在滿足Δ

φ

<π

/6（30o）的條件下，回路輸出電壓的相移是與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線性關(guān)系的。

如果將調(diào)制電壓uΩ(t)先積分后再加在變?nèi)荻O管上，則單級(jí)LC諧振回路輸出電壓的瞬時(shí)頻率ω(t)就與輸入調(diào)制電壓uΩ(t)成線性關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制電壓uΩ(t)的間接調(diào)頻。調(diào)相波輸出載波輸入3.實(shí)用變?nèi)荻O管調(diào)相電路

由晶體管組成單LC回路調(diào)諧放大電路，電感L、電容C1、C2與變?nèi)莨蹸j組成并聯(lián)諧振回路；

載波輸入

uFM(t)

C3、C4、C5為耦合電容；LZ為高頻扼流圈，以防高頻載波被調(diào)制信號(hào)源旁路;

R5、R6對(duì)電源EC分壓后為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)偏置電壓UQ。

放大的載波信號(hào)經(jīng)C3耦合輸入，調(diào)制信號(hào)經(jīng)C5耦合輸入，調(diào)相信號(hào)經(jīng)C4耦合輸出。如果將調(diào)制電壓uΩ(t)先積分后再輸入，那么從C4耦合輸出的信號(hào)就是對(duì)調(diào)制電壓uΩ(t)的間接調(diào)頻波。

R5R1R3R4R3CbC1CjC3C2C4C5LLZECR6Ce+UQ-三級(jí)回路級(jí)聯(lián)的移相器7.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

7.4.2振幅鑒頻器（斜率鑒頻器slopediscriminator）

7.4.3相位鑒頻器

7.4.4比例鑒頻器

7.4.5移相乘積鑒頻器

7.4.1鑒頻方法及其實(shí)現(xiàn)模型

調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)是從調(diào)頻波 中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)過程，完成調(diào)頻波解調(diào)過程的電路稱為頻率檢波器第一種方法，將調(diào)頻波通過頻率—幅度線性變換網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波變換成調(diào)頻—調(diào)幅波，再通過包絡(luò)檢波器檢測(cè)出反映幅度變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱為斜率鑒頻器，或稱振幅鑒頻器。將調(diào)頻波進(jìn)行特定的波形變換，根據(jù)波形變換特點(diǎn)的不同，可歸納以下幾種實(shí)現(xiàn)方法：

7.4調(diào)頻波的解調(diào)原理及電路

7.4.1鑒頻方法及其實(shí)現(xiàn)模型

1.鑒頻方法

頻率—幅度線性變換網(wǎng)絡(luò)包絡(luò)檢波器uΩtuFMtuFM-AMt第二種方法，將調(diào)頻波通過頻率—相位線性變換網(wǎng)絡(luò)，變換成調(diào)頻—調(diào)相波，再通過鑒相器檢測(cè)出反映相位變化的解調(diào)電壓。把這種鑒頻器稱為相位鑒頻器。第三種方法，是隨著近年來集成電路的廣泛應(yīng)用，在集成電路調(diào)頻機(jī)中較多采用的移相乘積鑒頻器。它是將輸入FM信號(hào)經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)后生成與FM信號(hào)電壓正交的參考信號(hào)電壓，它與輸入的FM信號(hào)電壓同時(shí)加入相乘器，相乘器輸出再經(jīng)低通濾波器濾波后，便可還原出原調(diào)制信號(hào)。

頻率—相位線性變換網(wǎng)絡(luò)

相位檢波器uFMuFM-PMuΩ相乘器低通濾波器uFMuΩ

90o移相網(wǎng)絡(luò)第四種方法，先將調(diào)頻波通過非線性變換網(wǎng)絡(luò)，變換為調(diào)頻脈沖序列，該脈沖序列含有反映該調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率變化的平均分量，因而通過低通濾波器便可得到反映平均分量變化的解調(diào)電壓。也可將調(diào)頻脈沖序列通過脈沖計(jì)數(shù)器，直接得到反映瞬時(shí)頻率變化的解調(diào)電壓。將這種鑒頻器稱為脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器。

非線性變換網(wǎng)絡(luò)低通濾波器或脈沖計(jì)數(shù)器uFM調(diào)頻脈沖序列uΩ直接脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器2.鑒頻器的主要特性

能全面描述鑒頻器主要特性的是鑒頻特性曲線。它是指鑒頻器的輸出電壓uo(t)，與其輸入FM信號(hào)瞬時(shí)頻偏Δω(t)或Δf(t)之間的關(guān)系曲線

foΔfuo(t)Bm

鑒頻器Δf(t)uo(t)或：

由調(diào)頻信號(hào)的特征：所以：表明：要實(shí)現(xiàn)無失真鑒頻，要求鑒頻器的輸出電壓 與頻偏成線性關(guān)系，上圖為典型鑒頻特性曲線。

（1）定義：鑒頻跨導(dǎo)

表明了鑒頻特性曲線在原點(diǎn)（ ）處的斜率，反映了鑒頻靈敏度。顯然希望SD值應(yīng)盡可能的大。

對(duì)鑒頻特性曲線的主要要求：（2）鑒頻器的峰值頻帶寬度Bmax，要求Bmax應(yīng)大于輸入FM波最大頻偏擺動(dòng)范圍 。

Bm≥2Δfm

①FM波——(頻幅變換)——FM—AM②FM—AM——(包絡(luò)檢波)——恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)7.4.2振幅鑒頻器（斜率鑒頻器slopediscriminator）1．失諧（detvning）回路振幅鑒頻器振幅鑒頻器的基本原理：頻-幅變換器包絡(luò)檢波器最簡(jiǎn)單的頻—幅變換電路就是并聯(lián)諧振回路，其工作特點(diǎn)：例1：失調(diào)單回路振幅鑒頻器FM信號(hào)工作在并聯(lián)諧振回路的失諧區(qū)，即（ ），當(dāng)FM波電流流過回路時(shí)，由于瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化，對(duì)于不同的瞬時(shí)頻偏，失諧回路阻抗不同，回路輸出電壓 振幅將隨瞬時(shí)頻偏 的變化而變化，即可完成 變換。

f

o

fp利用失調(diào)回路中幅頻特性曲線的傾斜部分來實(shí)現(xiàn)鑒頻，解調(diào)后失真較大，是一種原始類型的鑒頻器.

fpius(fo)f02fcf03f

cf

03f02三調(diào)諧回路斜率鑒頻圖7―33雙離諧鑒頻器的鑒頻特性鑒相器是用來比較兩個(gè)同頻輸入電壓 和 的相位，而輸出電壓是兩個(gè)輸入電壓相位差的函數(shù)，

即當(dāng)線性鑒相的情況下，輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的瞬時(shí)相位差成正比。

鑒相器鑒相器可實(shí)現(xiàn)PM信號(hào)的解調(diào)，但也廣泛用于解調(diào)FM信號(hào)，以及鎖相技術(shù)及頻率合成技術(shù)中。如在以后介紹的相移鑒頻器和正交鑒頻器都有具體應(yīng)用。

鑒相器的實(shí)現(xiàn)方法：乘積型鑒相器 疊加型鑒相器

7.4.3相位鑒頻器（鑒相器phasedetector）其中：的瞬時(shí)相位。的瞬時(shí)相位。即則相乘器的輸出信號(hào) 為：1乘積型鑒相器（productphasedetector）下圖為乘積型鑒相器的組成框圖。設(shè)：鑒相器輸入PM信號(hào)。

即：而而另一輸入信號(hào)為 的同頻正交載波。即：其中k為相乘器的乘積因子。經(jīng)低通濾波器后，輸出電壓 為：可見：乘積型鑒相器具有正弦形鑒相特性相乘器低通濾波器π-π所以另外，如果滿足 ，則有 。即輸出電壓 與 成線性關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。下圖為疊加型鑒相器原理框圖，以下采用平衡型鑒相器為例進(jìn)行分析：

2疊加型鑒相器（superpositionphasedetector）相加器包絡(luò)檢波器相加器相加器包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器相加器設(shè)輸入調(diào)相波 為： 而同頻正交載波信號(hào)為：則：利用矢量圖可得合成電壓振幅如果設(shè)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd，則兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出電壓為：（為調(diào)相調(diào)幅波）而討論：（1）當(dāng)可見：這時(shí)的鑒相器具有正弦鑒相特性，其線性鑒相范圍為：（2） 時(shí)，同理可推出由討論（1），（2）可以看出輸出電壓 的大小取決于振幅小的輸入信號(hào)振幅。（3）當(dāng) 時(shí)所以：利用三角函數(shù)公式：所以：而當(dāng) , 的范圍內(nèi)，所以： ，可實(shí)現(xiàn)線性鑒相。uFM

一.電路結(jié)構(gòu)和基本原理3.互感耦合相位鑒頻器

由二個(gè)部分組成：

1.移相網(wǎng)絡(luò)：互感為M的初，次級(jí)雙調(diào)諧耦合回路組成的移相網(wǎng)絡(luò)，u1經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)生成PM-FM波u2，并使

|U1|=|U2|+u3

-另外，u1經(jīng)耦合電容CC在扼流圈LC上產(chǎn)生的電壓u3=u1，故其等效電路如右上圖所示。VD1C3R1C4R2VD22.包絡(luò)檢波器：組成平衡式包絡(luò)檢波器。兩個(gè)檢波器的輸出電壓為：+u2-+u1-LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1ud1ud2二工作原理分析：如果忽略次級(jí)回路對(duì)初級(jí)回路的影響，則初級(jí)回路中流過L1的電流近似為：而次級(jí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)忽略二極管檢波器等效輸入電阻對(duì)次級(jí)回路的影響時(shí)，次級(jí)回路電流i2為：VD1C3R1C4R2VD2ud1ud2LcC2C1VD2VD1R1R2EcC4C3VTCcML2L1i1i2討論:（1）當(dāng)輸入FM波瞬時(shí)頻率f等于調(diào)頻波中心頻率f

o，即f=f

o時(shí)，次級(jí)回路諧振。即：則有：即有：u2超前u1相位差π/2，由矢量圖可得：|Ud1|=|Ud2|若設(shè)檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd。則有：所以：（2）當(dāng)瞬時(shí)頻率f>fo

時(shí)，則有 ，這時(shí)次級(jí)回路呈電感性。注意：式中 為次級(jí)回路阻抗。為Z2的相角。由矢量圖，u2超前u1的相位小于π/2，且隨所以：|Ud1|>|Ud2|（3）當(dāng)f<fo

時(shí)， 次級(jí)回路呈電容性。

所以：其中：可見：u2超前u1的相位差大于π/2，且所以有：|Ud1|<|Ud2|f<fo

f=f

of>fouo<ouo=ouo>o根據(jù)上述分析，相位鑒頻器具有下圖所示的鑒頻特性曲線。ffo互感耦合回路相位鑒頻器中的耦合雙回路是一個(gè)頻—相變換器，它把FM波u1(t)變換成PM—FM波u2(t)，而FM波u1(t)與PM—FM波u2(t)經(jīng)疊加后變換成兩個(gè)AM—FM波ud1(t)，ud2(t)經(jīng)包絡(luò)檢波器后即可恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，

其過程為：頻偏不大時(shí)，隨頻率變化，

與幅度變化不大而相位變化明顯。圖中曲線①為移相網(wǎng)絡(luò)只對(duì)相位起作用而不引起電壓幅度變化時(shí)的情況。頻偏較大時(shí)，隨頻率變化，

與相位變化趨于緩和，幅度明顯下降。從而引起合成電壓下降。圖中曲線②。實(shí)際上，鑒頻器的鑒頻特性可以認(rèn)為是移相網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性相乘的結(jié)果。要不失真的解調(diào)，只有輸入調(diào)頻信號(hào)的頻偏在鑒頻特性的線性區(qū)內(nèi)。相位鑒頻器不具有自限幅作用，為了抑制調(diào)頻信號(hào)在傳輸過程中形成的寄生干擾調(diào)幅的影響，一般需要在接受機(jī)中放末級(jí)電路中加限幅器，而限幅器要求輸入FM信號(hào)的電壓幅值較大，約為1—3VPP，這就增加了調(diào)頻接收機(jī)中所需的中放和限幅放大器的級(jí)數(shù)。而比例鑒頻器具有自限幅的作用，且只要求前級(jí)中放提供零點(diǎn)幾伏的FM信號(hào)電壓就能正常工作，不需要另加限幅放大器，這使調(diào)頻接收機(jī)的電路簡(jiǎn)化，體積可能縮小，降低成本。

一電路結(jié)構(gòu)7.4.4比例鑒頻器（ratio

discriminator）比例鑒頻器與相位鑒頻器在電路結(jié)構(gòu)上相差很小，其主要區(qū)別在：

（1）在兩類鑒頻器中D2的極性連接相反（2）在A，B端并聯(lián)一個(gè)大電容C0，C0與（R1+R2）組成較大的時(shí)間常數(shù)（約為0.1——0.25s）。這樣在檢波過程中A，B兩端電壓基本不變，等于E

o（3）比例鑒頻器輸出電壓不是在A，B端，而是在中點(diǎn)C，D端引出。

EoCD+u1

-+u2

-uFM+uo-LcCoVTVD2VD1C2C1R1R2CcEcC4C3L1L2MRLCLAB比例鑒頻器在輸入端的頻率—相位變換電路與和互感相位鑒頻器是相同的，右圖為其等效電路。有：其中：二工作原理而如果設(shè)兩個(gè)二極管檢波器的傳輸系數(shù)為Kd1=Kd2=Kd，則兩檢波管的輸出電壓為：而比例鑒頻器的輸出電壓：+uo1-+uo2-ud1ud2+Eo-+uo

-+u1

-VD1C3R1C4R2VD2CLRLCo討論：（1）當(dāng) 時(shí)，由矢量圖可得|ud1|=|ud2|，即Ud1=Ud2

u2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2（2）當(dāng)f>fo時(shí)，則有，u2與ul的相位差為[-π/2-Δφ(t)]由矢量圖可得|ud2|>|ud1|，即Ud2>Ud1

ud1ud2u1-u1Ud1Ud2u2（3）當(dāng)f<fo時(shí)，

，u2與ul的相位差為[-π/2+Δφ(t)]由矢量圖可得|ud1|>|ud2|，即Ud1>Ud2

ud1ud2u1-u1u2Ud1Ud2

由此可見，比例鑒頻器的鑒頻特性曲線如右圖所示，只要工作在鑒相特性的線性鑒相區(qū)，就可以還原出原調(diào)制信號(hào)三自限幅原理f=fof>fouo=0uo

>

0f<fouo

<

0

比例鑒頻器的輸出電壓uo只取決于輸入FM波瞬時(shí)頻率的變化，而與輸入FM幅度變化的大小無關(guān)。

如果設(shè)輸入FM波的瞬時(shí)頻率不變，即 =常量，而由于傳輸過程中的寄生干擾調(diào)幅使輸入FM波的幅度發(fā)生變化。則由于u2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2ud1ud2u1-u1Ud1Ud2u2ud1ud2u1-u1u2Ud1Ud2Δfuof

oΔfm-ΔfmΔf(t)可見，

另外，當(dāng)輸入FM波的瞬時(shí)頻率變化時(shí)，即有：鑒頻原理為：先將調(diào)頻波通過移相器變成相位變化，然后將相位變化變成相應(yīng)的幅度變化，從而還原出音頻信號(hào)來。

移相乘積鑒頻器的基本原理。自中放級(jí)輸出的信號(hào)一路直接送到乘法器()，另外一路經(jīng)過移相器送到乘法器()。當(dāng)調(diào)頻波沒有頻率偏移，即等于中頻頻率時(shí)，和的相位差為90°,經(jīng)過乘法器后輸出的占空比為1的脈沖波,平均電流為一直流,即無輸出。以此直流電平作為基準(zhǔn)點(diǎn)或零點(diǎn)。當(dāng)頻率往高或低偏移時(shí),和的相位差也在90°