《高頻電子線路》課件2第4章

4.1調(diào)制的概念4.2調(diào)幅電路

4.3調(diào)頻電路4.4調(diào)幅電路仿真4.5習(xí)題內(nèi)容提要：

調(diào)幅的概念調(diào)頻的概念調(diào)幅原理調(diào)頻原理調(diào)幅電路調(diào)頻電路調(diào)幅、調(diào)頻電路仿真4.1調(diào)制的概念在緒論中我們已了解到，調(diào)制是無線電發(fā)射機(jī)的核心，即信號(hào)在發(fā)射之前，必須經(jīng)過調(diào)制，這是為什么呢？首先，只有天線的尺寸與無線電波的波長可比擬時(shí)，無線電波才能通過天線有效輻射，如果直接輻射基帶信號(hào)，需要的天線尺寸巨大。如音頻信號(hào)的頻率范圍為20Hz～20kHz，對應(yīng)的波長為15×107～15×103m，要制造如此巨大尺寸的天線是不可行的。其次，通過調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，既可避免頻率擁擠，又可實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。再次，通過采用不同的調(diào)制技術(shù)，可有效地克服信道缺陷等。調(diào)制是將要傳送的信息(稱調(diào)制信號(hào)或基帶信號(hào))攜帶到高頻正弦振蕩(稱載波)上的過程。能完成調(diào)制任務(wù)的電路稱調(diào)制電路。高頻正弦振蕩有三個(gè)參數(shù)：幅度、頻率和相位。將調(diào)制信號(hào)攜帶到高頻振蕩的幅度上稱調(diào)幅，攜帶在高頻振蕩的頻率上稱調(diào)頻，攜帶在高頻振蕩的相位上稱調(diào)相。4.1.1調(diào)幅信號(hào)分析調(diào)幅是用調(diào)制信號(hào)控制載波的幅度，使其按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)幅可分為普通調(diào)幅(簡稱AM)、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅(DSB)、單邊帶調(diào)幅(SSB)和殘留邊帶調(diào)幅四大類。

1.普通調(diào)幅信號(hào)分析為了分析方便，設(shè)載波為

式中：，fc為載波頻率。調(diào)制信號(hào)為

式中：，F(xiàn)為調(diào)制信號(hào)頻率，且滿足fcF。依調(diào)幅的概念可得普通調(diào)幅信號(hào)(AM)的數(shù)學(xué)表示式為

(4-1)(4-2)(4-3)式中：ma為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)制度，它反映了調(diào)制信號(hào)對載波幅度的控制能力，其取值為ma≤1，否則會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制。根據(jù)式(4-1)、式(4-2)和式(4-3)可畫出載波、調(diào)制信號(hào)、調(diào)幅波的波形如圖4-1所示。將調(diào)幅波幅度變化的軌跡用虛線連接起來稱為調(diào)幅波的包絡(luò)，可以看出，包絡(luò)的變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律完全一致，即將調(diào)制信號(hào)攜帶在載波的幅度上，實(shí)現(xiàn)了調(diào)幅。圖4-1載波、調(diào)制信號(hào)、調(diào)幅波的波形將式(4-3)展開得依式(4-1)、式(4-2)和式(4-4)可得調(diào)制信號(hào)、載波、調(diào)幅波的頻譜如圖4-2所示。(4-4)圖4-2調(diào)制信號(hào)、載波、調(diào)幅波頻譜由圖4-2可見，通過調(diào)制可將調(diào)制信號(hào)的頻譜由原位置搬移到載頻fc兩邊，fc-F被稱為下邊頻，fc+F被稱為上邊頻。所以從頻域看調(diào)幅是頻譜的線性搬移(頻譜結(jié)構(gòu)不變)。調(diào)幅信號(hào)的帶寬為

BW=(fc+F)-(fc-F)=2F(4-5)

由式(4-4)可見，調(diào)幅波包含了三項(xiàng)，第一項(xiàng)(載頻)并未攜帶調(diào)制信號(hào)，第二項(xiàng)(上邊頻)、第三項(xiàng)(下邊頻)攜帶調(diào)制信號(hào)，通過能量分析表明，包含信息的上、下邊頻功率總和只是未攜帶信息的載頻功率的，即AM調(diào)幅信號(hào)中有用能量最大只占無用能量的1/2，能量利用率很低，這是AM調(diào)幅制式的固有缺點(diǎn)，但對于AM調(diào)幅制式的接收機(jī)來說，其電路簡單，價(jià)格低廉，便于普及。人們常用的調(diào)幅半導(dǎo)體收音機(jī)接收的就是AM調(diào)幅信號(hào)。

以上分析是以調(diào)制信號(hào)為單音頻信號(hào)分析的，而實(shí)際的調(diào)制信號(hào)總是包含許多頻率分量，用實(shí)際信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)對載波實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的原理和單音頻調(diào)幅的原理相同，其波形如圖4-3所示，頻譜如圖4-4所示。圖4-3復(fù)雜調(diào)制信號(hào)、載波、調(diào)幅波圖4-4復(fù)雜調(diào)制信號(hào)、載波、調(diào)幅波頻譜由圖4-4可見，對于復(fù)雜的調(diào)制信號(hào)，調(diào)幅波的帶寬為

BW=(fc＋Fmax)－(fc－

Fmax)=2Fmax

(4-6)

2.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅(DSB)信號(hào)分析由上述分析可知，AM調(diào)幅波的能量利用率低，其原因是載波分量占有絕大部分功率，但其又不含信息，既然如此，在發(fā)射信號(hào)前將載波抑制掉，便可在不影響信息傳輸?shù)臈l件下大大節(jié)省發(fā)射功率。將只產(chǎn)生上、下兩個(gè)邊頻的調(diào)幅方式稱抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，簡稱DSB。

載波和調(diào)制信號(hào)的表示式如式(4-1)、式(4-2)所示，則抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)可表示為其波形和頻譜如圖4-5所示。

(4-7)圖4-5抑制載波的調(diào)幅波波形及頻譜

從DSB信號(hào)的頻譜圖看，DSB信號(hào)的帶寬表示式仍為式(4-5)，調(diào)制使頻譜線性搬移，但從波形圖看，很明顯DSB信號(hào)的包絡(luò)已不能反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，所以對應(yīng)的解調(diào)電路也不同于AM調(diào)幅波。3.單邊帶調(diào)幅(SSB)信號(hào)分析從DSB信號(hào)的頻譜看，上、下兩個(gè)邊帶完全對稱，抑制掉一個(gè)邊帶，只傳一個(gè)邊帶依然不影響信息的傳輸。將這種只傳輸一個(gè)邊帶的調(diào)幅方式稱單邊帶調(diào)幅，即SSB。綜上所述，對同一調(diào)制信號(hào)，采用AM、DSB、SSB三種不同的調(diào)幅方式時(shí)：

(1)只有AM信號(hào)的包絡(luò)變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律相同，才可采用包絡(luò)檢波電路對調(diào)幅信號(hào)解調(diào)，而DSB和SSB信號(hào)的包絡(luò)變化與調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律不同，因此，不能采用包絡(luò)檢波電路對信號(hào)解調(diào)，其對應(yīng)的解調(diào)電路更復(fù)雜，即用同步檢波電路來解調(diào)。

(2)三種調(diào)幅的過程都是頻譜的線性搬移過程。

(3)傳輸同一信號(hào)所需的帶寬不同，采用AM調(diào)幅方式和DSB調(diào)幅方式的信號(hào)帶寬為2Fmax，而采用SSB調(diào)幅方式所需的帶寬為Fmax。4.1.2調(diào)角信號(hào)分析調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角。調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)控制載波的頻率，使頻率按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化；而調(diào)相是用調(diào)制信號(hào)控制載波的相位，使相位按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。

1.調(diào)頻信號(hào)分析設(shè)調(diào)制信號(hào)為，載波為依調(diào)頻的概念，調(diào)頻信號(hào)的角頻率表示式為

(4-8)式中:為載波角頻率；為最大角頻偏。對式(4-8)積分得調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位為則調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式為

式中，為調(diào)頻指數(shù)，表示調(diào)頻信號(hào)的最大相位偏移。由于調(diào)頻信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)變化，因此調(diào)頻信號(hào)也被稱做調(diào)角信號(hào)。調(diào)頻信號(hào)的波形如圖4-6所示。(4-9)圖4-6調(diào)頻信號(hào)的波形

2.調(diào)相信號(hào)分析

設(shè)調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)=UΩmcosΩt，載波為uc(t)=Ucmcosωct，依調(diào)相的概念，調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)相位表示式為

式中，mp為調(diào)相指數(shù)，表示調(diào)相信號(hào)的最大相移。調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式為調(diào)相信號(hào)的波形如圖4-7所示。

(4-10)(4-11)圖4-7調(diào)相信號(hào)的波形

3. 調(diào)角信號(hào)頻譜分析由式(4-9)和式(4-11)可見，調(diào)頻波和調(diào)相波的表示式基本相同，頻譜分析方法也相同，這里以調(diào)頻信號(hào)為例來分析調(diào)角波頻譜。利用三角函數(shù)公式可將式(4-9)展開為

(4-12)由貝賽爾函數(shù)理論可知：(4-13)(4-14)式(4-13)和式(4-14)中n為整數(shù)，將式(4-13)和式(4-14)代入式(4-12)中可得

(4-15)式(4-15)中包含了以ωc為中心的無窮個(gè)頻率分量，即調(diào)頻信號(hào)的頻譜無窮寬。但式(4-15)各項(xiàng)中，隨著其頻率離載波頻率距離的加大，幅度呈減小趨勢。而在傳輸信號(hào)時(shí)，即使丟掉了幅度很小的邊頻分量，也不會(huì)產(chǎn)生明顯的失真。因此在實(shí)際應(yīng)用中通常把幅度小于10%載波幅度的邊頻分量忽略掉，這樣調(diào)頻信號(hào)的帶寬為

BW=2(mf+1)Fmax

式中，F(xiàn)max為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。(4-16)

mf1時(shí)的調(diào)頻方式稱窄帶調(diào)頻，調(diào)頻信號(hào)的帶寬可近似為BW=2Fmax，與調(diào)幅信號(hào)的帶寬相同；mf1時(shí)的調(diào)頻方式稱寬帶調(diào)頻，此時(shí)調(diào)頻信號(hào)帶寬可表示BW=2Δfm，Δfm為調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏。從式(4-15)可見，調(diào)頻是頻譜的非線性搬移，即使調(diào)制信號(hào)是單音頻信號(hào)(一根譜線)，調(diào)頻后在ωc兩側(cè)也會(huì)產(chǎn)生無窮多根Ω的諧波譜線。圖4-8表示了在載波和調(diào)制信號(hào)不變的情況下，不同mf時(shí)調(diào)頻信號(hào)的頻譜圖。由圖4-8可見，mf不同，則得的調(diào)頻信號(hào)帶寬不同，即mf同，傳輸同一信息所需的帶寬不同。mf大，得到的調(diào)頻信號(hào)帶寬越寬，所需的傳輸帶寬越大，調(diào)頻信號(hào)的抗干擾能力越強(qiáng)。圖4-8調(diào)頻信號(hào)頻譜思考與練習(xí)

1.什么是調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相？

2.指出下列表示式屬哪種調(diào)制方式。

(1)u(t)=10cos(2π×639×103t)+3cos(2π×649×103t)+3cos(2π×629×103t)(mV)；

(2)u(t)=5cos(2π×106t+10sin2π×103t)(mV)；

(3)u(t)=5cos(2π×106t+10cos2π×103t)(mV)。4.已知調(diào)制信號(hào)的最高頻率Fmax=15kHz，如采用普通調(diào)幅制式(AM)，調(diào)幅信號(hào)帶寬是多少?如果采用DSB、SSB調(diào)幅制式，帶寬是多少？如果用小信號(hào)調(diào)諧放大器對該AM調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行放大，則放大器的通頻帶至少應(yīng)為多少?5.如果調(diào)幅信號(hào)的表示式為u(t)=3cos2π×649×103t+3cos2π×629×103t，調(diào)制信號(hào)的頻率是多少？信號(hào)帶寬是多少？載波頻率是多少？是哪種調(diào)幅制式？6.如果調(diào)頻信號(hào)的表示式為u(t)=5cos(2π×106t+10sin2π×103t)，則調(diào)制信號(hào)頻率是多少？載波頻率是多少？調(diào)頻指數(shù)是多少？信號(hào)帶寬是多少？寫出瞬時(shí)頻率表示式，并指出信號(hào)頻率的變換范圍。

7.要傳輸?shù)囊纛l信號(hào)的最高頻率為Fmax=20kHz，試分別計(jì)算采用AM、DSB、SSB、FM四種不同調(diào)制方式時(shí)的已調(diào)信號(hào)帶寬。(設(shè)mf=5)4.2.1調(diào)幅原理

1.AM調(diào)幅原理由式(4-3)可知，AM信號(hào)可表示為或

因此可分別采用圖4-9(a)或圖4-9(b)所示原理來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。4.2調(diào)幅電路圖4-9

AM調(diào)幅原理

2.DSB調(diào)幅原理

由DSB調(diào)幅信號(hào)表示式可知，用乘法器便可完成抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，如圖4-10所示。圖4-10

DSB調(diào)幅原理

3.SSB調(diào)幅原理

單邊帶調(diào)幅是將DSB信號(hào)抑制掉一個(gè)邊帶，DSB調(diào)幅信號(hào)的表示式為

依單邊帶調(diào)幅的概念，其數(shù)學(xué)表示式為

或

由上式可見，已不能用調(diào)制信號(hào)和載波的簡單相乘來實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)幅，可分別通過濾波法、移相法來實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)幅。

圖4-11為濾波法實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)幅的原理框圖。由圖4-11可見，將通過乘法器得到的DSB信號(hào)濾波，濾除一個(gè)邊帶即可得到SSB信號(hào)。濾波法對濾波器的要求較高，要求無失真地傳輸保留邊帶的同時(shí)，濾除另一個(gè)邊帶，設(shè)計(jì)制造這樣的濾波器是比較困難的。因?yàn)楫?dāng)調(diào)制信號(hào)的最低頻率很低時(shí)，兩個(gè)邊帶非?？拷@就要求濾波器的矩形系數(shù)接近1，導(dǎo)致濾波器的實(shí)現(xiàn)非常困難。所以用濾波法實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)幅的難點(diǎn)在于濾波器的設(shè)計(jì)。圖4-11濾波法

圖4-12為移相法實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)幅的原理框圖。移相法避免了使用濾波器，其關(guān)鍵在于使用90°移相網(wǎng)絡(luò)，要求90°移相網(wǎng)絡(luò)對調(diào)制信號(hào)中每個(gè)頻率分量的信號(hào)都準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)90°相移，且幅頻特性為常數(shù)，制造這樣的移相網(wǎng)絡(luò)是相當(dāng)困難的。因此用移相法實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)幅的難點(diǎn)是90°移相器的設(shè)計(jì)。圖4-12移相法4.2.2低電平調(diào)幅

調(diào)幅電路可分為低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路。低電平調(diào)幅是先在低功率電平級進(jìn)行調(diào)幅，然后再通過功率放大達(dá)到發(fā)射時(shí)要求的功率。高電平調(diào)幅是直接產(chǎn)生滿足發(fā)射功率要求的調(diào)幅信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，AM調(diào)幅信號(hào)多采用高電平調(diào)幅電路產(chǎn)生，而DSB和SSB一般采用低電平調(diào)幅電路產(chǎn)生。由以上對調(diào)幅原理的分析可見，乘法器是實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的核心，現(xiàn)介紹幾種典型的由單片集成模擬乘法器電路構(gòu)成的低電平調(diào)幅電路。1.用MC1596實(shí)現(xiàn)調(diào)幅

MC1596是摩托羅拉公司生產(chǎn)的集成電路，其引腳分布如圖4-13所示。它是一個(gè)14引腳的集成電路。MC1596廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、儀器儀表等電路中。MC1596的典型應(yīng)用包含載波抑制、調(diào)幅、同步檢波、FM檢波、相位檢波等。圖4-13

MC1596引腳分布

MC1596各引腳的功能如下。

(1)引腳1、4(SignalInput):乘法器的信號(hào)輸入端，構(gòu)成調(diào)幅電路時(shí)，調(diào)制信號(hào)從這兩個(gè)引腳輸入。

(2)引腳2、3(GainAdjust):可通過引腳2、3之間的電阻調(diào)整乘法器的增益。

(3)引腳5(Bias)：外接偏置電阻。

(4)引腳6、12(Output):乘法器輸出端。

(5)引腳7、9、11、13(NC)：空引腳。

(6)引腳8、10(CarrierInput):載波輸入端。

(7)引腳14(VEE)：負(fù)的直流電壓輸入端。

圖4-14為用MC1596組成的AM調(diào)幅電路。圖4-14

AM調(diào)幅電路

圖中，RL為輸出端的負(fù)載電阻，Re用來擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，通過調(diào)整Rw使1腳的直流電位高于4腳的直流電位，相當(dāng)于在1、4腳之間加了一個(gè)直流電壓，以產(chǎn)生普通的調(diào)幅信號(hào)，其產(chǎn)生AM調(diào)幅信號(hào)的原理如圖4-9(a)所示。其余的電阻共同為集成電路提供合適的直流偏壓。電路中電容為耦合濾波電容。圖4-15為MC1596組成的DSB調(diào)幅電路，電路元件作用與圖4-14相同，通過調(diào)整Rw使只有載波輸入時(shí)的輸出電壓為零，即通過調(diào)整Rw抑制輸出信號(hào)中的載波成分。圖4-15

DSB調(diào)幅電路

2.用MC1595實(shí)現(xiàn)調(diào)幅

MC1595是摩托羅拉公司生產(chǎn)的四象限寬帶線性集成乘法器電路，可與國產(chǎn)的BG314相互代換。MC1595是14引腳的集成電路，典型的應(yīng)用包含乘、除、平方根、相位檢波、倍頻、平衡調(diào)制解調(diào)等。圖4-16為MC1595組成的調(diào)幅電路。圖中，R1、R13、R3、Rw為集成電路提供合適的直流偏壓，調(diào)節(jié)Rw可改變集成電路的增益系數(shù)K，RL為輸出端負(fù)載電阻，輸出電壓uo=KuΩuc，增益系數(shù)為(I3一般為1.0～2.0mA)。圖4-16調(diào)幅電路3.用AD534實(shí)現(xiàn)調(diào)幅

AD534是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成電路，圖4-17為它的三種不同的封裝形式，分別是10引腳封裝、14引腳封裝和20引腳封裝。圖4-17

AD534的封裝形式AD534可用來實(shí)現(xiàn)乘法、除法、平方、平方根、正弦振蕩等功能。SF為比例系數(shù)，可通過改變SF端的外接電阻大小改變比例系數(shù)SF的大小。其輸出電壓為

圖4-18為AD534組成的DSB電路，電路非常簡單。圖4-18

DSB調(diào)幅電路4.2.3高電平調(diào)幅高電平調(diào)幅電路分基極調(diào)幅電路和集電極調(diào)幅電路，均是以高頻諧振功率放大器為基礎(chǔ)構(gòu)成的，實(shí)際上是一個(gè)輸出電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制的高頻諧振功率放大器。關(guān)于高頻諧振功率放大器將在第5章討論。

1.基極調(diào)幅電路圖4-19為基極調(diào)幅原理電路(工作于欠壓狀態(tài)的高頻功率放大器電路)。由圖4-19可見，調(diào)制信號(hào)加在三極管的基極，因此稱基極調(diào)幅。圖中載波信號(hào)經(jīng)變壓器Tr1

及其與可變電容C1組成的L型網(wǎng)絡(luò)加到三極管的基極，調(diào)制信號(hào)經(jīng)變壓器Tr2

加到三極管的基極電路中，在對電路參數(shù)取值時(shí)，C2的取值應(yīng)使其對載波相當(dāng)于短路，而對調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于開路；C3的取值使其對調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于短路；高頻扼流圈L1對載波相當(dāng)于開路，而對調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于短路。則三極管基極與發(fā)射極之間的電壓為

ube=Ubb+uΩ(t)+uc(t)=Ubb+UΩmcosΩt+Ucmcosωct圖4-19基極調(diào)幅原理電路

因uΩ與uc(t)相比頻率很低，電壓變化非常緩慢，因此將Ubb+UΩmcosΩt共同看做是高頻功率放大器的基極與發(fā)射極之間的直流電壓，而Ucmcosωct為高頻功率放大器的輸入信號(hào)。在第5章的學(xué)習(xí)中我們將會(huì)知道，當(dāng)高頻功率放大器工作于欠壓狀態(tài)時(shí)，其輸出信號(hào)的電壓幅度與加在基極和發(fā)射極之間的直流電壓成正比，即輸出電壓幅度與Ubb+UΩmcosΩt成正比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。為了減小調(diào)幅過程中產(chǎn)生的失真，調(diào)制信號(hào)的幅度應(yīng)盡量小?；鶚O調(diào)幅因工作于欠壓狀態(tài)，效率比較低。2.集電極調(diào)幅

圖4-20為集電極調(diào)幅原理電路(工作于過壓狀態(tài)的高頻功率放大器電路)，圖中調(diào)制信號(hào)從集電極加入電路，故稱集電極調(diào)幅。電路的輸入信號(hào)為載波，載波信號(hào)經(jīng)變壓器Tr1及其與可變電容C1組成的L型網(wǎng)絡(luò)加到三極管的基極；L1為高頻扼流圈，對直流相當(dāng)于短路，對載波信號(hào)相當(dāng)于開路；CB對載波信號(hào)相當(dāng)于短路；RB為電路提供直流偏壓；CC對調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于開路，而對調(diào)幅輸出的高頻信號(hào)相當(dāng)于短路。因此三極管集電極直流電壓為UCC+UΩmcosΩt。在第5章的學(xué)習(xí)中我們將會(huì)知道，當(dāng)高頻功率放大器工作于過壓狀態(tài)時(shí)，其輸出信號(hào)的電壓幅度與集電極的直流電壓成正比，即輸出電壓幅度與UCC+UΩmcosΩt成正比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。集電極調(diào)幅由于工作于過壓狀態(tài)，因此效率較高，適合于大功率發(fā)射機(jī)。

圖4-20集電極調(diào)幅原理電路思考與練習(xí)

1.什么是高電平調(diào)幅？什么是低電平調(diào)幅？

2. 請查閱MC1596的詳細(xì)資料并閱讀，說明MC1596各引腳的功能。

3.請查閱MC1595的詳細(xì)資料并閱讀，說明MC1595各引腳的功能。

4.請查閱AD534的詳細(xì)資料并閱讀，說明AD534各引腳的功能。4.3.1調(diào)頻原理

實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法有兩種，即直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)控制高頻振蕩器的振蕩頻率，使其按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變換，即高頻振蕩器的振蕩頻率受調(diào)制信號(hào)控制，是一個(gè)壓控振蕩器；而間接調(diào)頻則是先將調(diào)制信號(hào)積分，然后用積分得到的信號(hào)對載波調(diào)相，以達(dá)到調(diào)頻的目的。圖4-21為實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的原理框圖。4.3調(diào)頻電路圖4-21調(diào)頻原理框圖4.3.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路通過模擬電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，我們對變?nèi)荻O管有了一定的了解，變?nèi)荻O管的最大特點(diǎn)是其結(jié)電容隨著外加反向偏壓變化，如圖4-22所示?？梢姡绻米?nèi)荻O管取代振蕩器中的振蕩電容，并且用調(diào)制信號(hào)電壓控制變?nèi)荻O管，則振蕩電容的容量隨調(diào)制信號(hào)變化，從而使振蕩器的振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)的大小變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。圖4-22變?nèi)荻O管結(jié)電容變化曲線

變?nèi)荻O管結(jié)電容的表示式為

式中：Cj0為變?nèi)荻O管零偏壓時(shí)的電容值；UD為變?nèi)荻O管的勢壘電位差(硅管為0.7V，鍺管為0.2～0.3V)；γ為變?nèi)荻O管結(jié)電容變化指數(shù)；

(4-17)(4-18)式中：UQ為變?nèi)荻O管的直流偏壓；CjQ為變?nèi)荻O管偏壓u=UQ時(shí)的電容值，

1.變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理電路

依直接調(diào)頻的概念，變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理電路如圖4-23所示。變?nèi)荻O管兩端所加的反向偏壓為u=UQ+uΩ(t)=UQ+UΩmcosΩt。設(shè)L1、L2之間不存在互感，則振蕩器的振蕩頻率為式中，L=L1+L2。圖4-23直接調(diào)頻原理電路(4-19)式中，L=L1+L2。當(dāng)γ=2時(shí)，式(4-19)變?yōu)?4-20)

式中:?？梢?，γ=2時(shí)可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。但實(shí)際上變?nèi)荻O管的γ不一定都能等于2，若γ≠2，則利用麥克勞林級數(shù)將式(4-19)展開可得(4-21)式中:最大角頻偏；第一項(xiàng)為調(diào)頻信號(hào)的中心頻率，其頻率值顯然偏離了中心頻率ωc；第二項(xiàng)為線性調(diào)頻項(xiàng)；第三項(xiàng)為Ω的諧波項(xiàng)，它的存在造成非線性失真。通過對式(4-21)分析可得如下結(jié)論：

(1)調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏越大，其抗干擾能力就越強(qiáng)，因?yàn)?，所以要增大最大頻偏，就得選擇γ大的變?nèi)荻O管，增大m和ωc。在電路已確定的情況下，增大調(diào)制信號(hào)幅度，可增大最大頻偏。

(2)因調(diào)頻信號(hào)的中心頻率為，偏離了載頻ωc，在電路已確定的情況下，只有減小調(diào)制信號(hào)幅度，才能減小中心頻率的偏移，提高載頻的穩(wěn)定度。(3)在電路已確定的情況下，要減小Ω諧波項(xiàng)的影響，應(yīng)盡量減小調(diào)制信號(hào)的幅度。由以上分析可見，要使調(diào)頻信號(hào)的中心頻率穩(wěn)定，非線性失真小，應(yīng)設(shè)法使變?nèi)荻O管工作于γ=2的區(qū)域，且盡量減小調(diào)制信號(hào)的幅度。

2.實(shí)際變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

圖4-24是一個(gè)通信機(jī)調(diào)頻電路，它是用調(diào)制信號(hào)控制電容三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的。圖4-24通信機(jī)調(diào)頻電路

圖4-24中，R1、R2、R3為三極管提供合適的直流偏壓，C6、C7、L2對直流電源濾波，使直流電壓更穩(wěn)定，有利于提高載波的穩(wěn)定度。L1對直流相當(dāng)于短路，其取值使其對載波相當(dāng)于開路；L3、L4對直流及調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于短路，而對載波相當(dāng)于開路；C4、C5對載波相當(dāng)于短路，而對調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于開路；C8對載波相當(dāng)于短路；C9為輸出耦合電容；C1、C2、C3、Cj1、Cj2、L為振蕩電容和電感。圖4-24的交流通路及變?nèi)荻O管兩端所加的反向偏壓電路如圖4-25所示。圖4-25交流通路及反向偏壓電路

在圖4-25(a)所示電路中，參與振蕩的電容除變?nèi)荻O管外，還有C1、C2、C3，這些電容的引入使變?nèi)荻O管部分接入在振蕩回路中，降低了CjQ對載頻的影響，提高了載頻的穩(wěn)定度。另外，對載波信號(hào)，兩個(gè)變?nèi)荻O管串聯(lián)，減小了每個(gè)變?nèi)荻O管兩端的高頻電壓，即減小了高頻電壓對變?nèi)荻O管的影響，但變?nèi)荻O管的串聯(lián)使總的變?nèi)荻O管容值減小，電路的調(diào)頻靈敏度和最大頻偏都有所降低。圖4-26是一個(gè)載頻為4.3MHz的晶體直接調(diào)頻電路。圖4-26晶體直接調(diào)頻電路

圖4-26中，C

1、C

2、C

j及晶體共同組成振蕩回路，5100pF的電容對交流信號(hào)相當(dāng)于短路，1μF的電容對交流相當(dāng)于短路，電路中的電阻為三極管和變?nèi)荻O管提供合適的直流偏壓。晶體調(diào)頻電路載波頻率穩(wěn)定度高，但最大頻偏小，實(shí)際應(yīng)用中需采取擴(kuò)展頻偏的措施。

3.變?nèi)荻O管間接調(diào)頻電路

間接調(diào)頻的原理如圖4-21所示，即先將調(diào)制信號(hào)積分，然后調(diào)相。間接調(diào)頻電路如圖4-27所示。它是利用并聯(lián)LC電路在諧振頻率附近的線性相頻特性實(shí)現(xiàn)調(diào)相的，下面來分析其工作原理。圖4-27間接調(diào)頻電路

圖4-27中，R1、R4為諧振回路輸入端和輸出端的隔離電阻；C1、C4對載波相當(dāng)于短路，而對調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于開路；C2為耦合電容；R2、C3為積分電路，C3對調(diào)制信號(hào)的容抗遠(yuǎn)小于R2的阻值時(shí)可實(shí)現(xiàn)積分；R3為UQ與調(diào)制信號(hào)之間的隔離電阻。Cj、L組成并聯(lián)LC電路，當(dāng)調(diào)制信號(hào)為零時(shí)，電路對載波諧振，即；當(dāng)調(diào)制信號(hào)不為零時(shí)，Cj隨調(diào)制信號(hào)的積分值變化。所以LC并聯(lián)電路的固有諧振頻率隨著調(diào)制信號(hào)的積分值變化，LC并聯(lián)電路對載波的失諧程度也隨調(diào)制信號(hào)的積分值變化。由LC并聯(lián)電路的相頻特性(見圖1-3)可知，輸出信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)的積分值變化，從而實(shí)現(xiàn)了間接調(diào)頻。

必須指出，由于LC電路相頻特性非線性的限制，使通過調(diào)相實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻時(shí)產(chǎn)生的最大頻偏小，又由于LC并聯(lián)電路幅頻特性的不平穩(wěn)，產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)幅度也隨調(diào)制信號(hào)變化，即產(chǎn)生寄生調(diào)幅，可通過限幅電路減小寄生調(diào)幅。4.擴(kuò)大最大頻偏的方法對于調(diào)頻電路，要獲得載頻(中心頻率)穩(wěn)定且失真很小的調(diào)頻信號(hào)，可采用間接調(diào)頻，但間接調(diào)頻獲得的調(diào)頻信號(hào)最大頻偏太小，為此，可采用擴(kuò)大頻偏的辦法增大最大頻偏。圖4-28為一間接調(diào)頻發(fā)射機(jī)的組成框圖。圖4-28間接調(diào)頻發(fā)射機(jī)

圖4-28中，倍頻器的功能是將輸入信號(hào)的頻率翻倍，如輸入信號(hào)是頻率為100kHz的正弦信號(hào)，經(jīng)96倍頻器后，輸出信號(hào)頻率為9.6MHz的正弦信號(hào)；混頻器的功能是對兩個(gè)輸入信號(hào)求頻率差。圖4-28中混頻器的兩個(gè)輸入信號(hào)頻率分別為15.85MHz和9.6MHz，則其輸出信號(hào)頻率為15.85MHz－9.6MHz=6.25MHz。對于最大頻偏，倍頻器對其實(shí)現(xiàn)倍頻，而混頻器不改變最大頻偏。

例如圖4-28中，間接調(diào)頻電路產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)載頻為100kHz，最大頻偏為48.83Hz，由式(4-8)可得調(diào)頻信號(hào)的頻率表示式為經(jīng)96倍頻器后，信號(hào)頻率為經(jīng)混頻器后，信號(hào)頻率為可以看出，倍頻的過程使最大頻偏變?yōu)樵瓉淼?6倍，而混頻則只改變載頻，對最大頻偏無影響。思考與練習(xí)

1.什么是直接調(diào)頻？什么是間接調(diào)頻？

2.直接調(diào)頻電路的主要缺點(diǎn)是什么？

3.為什么采用間接調(diào)頻時(shí)需同時(shí)采用擴(kuò)頻電路？

4.最大頻偏的物理意義是什么？

5.直接調(diào)頻電路最大頻偏的大小與哪些因素有關(guān)？

6.如何提高直接調(diào)頻電路中心頻率的穩(wěn)定度，減小非線性失真？

7.圖4-24中，采用兩個(gè)變?nèi)荻O管串聯(lián)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

8.圖4-26所示晶體直接調(diào)頻電路的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

9.如何擴(kuò)展調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏？4.4.1高電平調(diào)幅電路仿真中央人民廣播電臺(tái)第一套節(jié)目的發(fā)射頻率為639kHz，以此頻率的正弦信號(hào)為載波攜帶頻率為1kHz的正弦信號(hào)，用基極調(diào)幅電路實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。在Multisim2001工作界面創(chuàng)建如圖4-29所示的電路，節(jié)點(diǎn)4的仿真結(jié)果如圖4-30所示。由圖4-30可見，該電路實(shí)現(xiàn)了AM調(diào)頻。通過學(xué)習(xí)我們知道，調(diào)制信號(hào)越大，其對載波幅度的控制能力越強(qiáng)，調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)波動(dòng)越大。請改變圖4-29中u2的幅度，觀察仿真波形，理解調(diào)制信號(hào)幅度大小對調(diào)幅系數(shù)ma的影響。4.4調(diào)幅電路仿真圖4-29基極調(diào)幅電路仿真圖4-30基極調(diào)幅輸出電壓波形