第8章 頻率變換電路.ppt

1、第8章 頻率變換電路,8.1 信息的傳輸過程 8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路 8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路 8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路 8.5 實(shí)訓(xùn)：50型AM/FM收音機(jī)的安裝與調(diào)試,8.1.1 通信系統(tǒng) 一個完整的通信系統(tǒng)應(yīng)該包括輸入變換器、發(fā)送設(shè)備、傳輸信道、接收設(shè)備、輸出變換器等五部分，其方框圖如圖8-2所示。 輸入變換器把要傳遞的聲音或圖像等原始信息變換為電信號，該電信號稱為基帶信號。輸入變換器的輸出作為通信系統(tǒng)的信號源。 由信號源傳來的基帶信號再由發(fā)送設(shè)備進(jìn)行處理。發(fā)送設(shè)備主要有兩大任務(wù)：一是調(diào)制，二是放大。其目的是將需要傳送的信號通過天線高效率地、遠(yuǎn)距離地輻射出去，使之在傳輸信道中傳播

2、。發(fā)送設(shè)備的輸出信號是高頻已調(diào)信號。,8.1 信息的傳輸過程,下一頁,返回,傳輸信道是連接發(fā)、收兩端的信號通道，也就是傳輸媒介。傳輸信道可分為兩大類：一類是有線信道（利用架空明線或電纜來傳輸電信號），另一類是無線信道（利用自由空間，以電磁波的形式傳輸電信號）。前者稱為有線通信，后者稱為無線通信。 接收設(shè)備的任務(wù)是將信道送過來的已調(diào)信號進(jìn)行處理，用來恢復(fù)基帶信號。 輸出變換器實(shí)現(xiàn)的是輸入變換器的逆過程，即把接收設(shè)備傳來的基帶信號重新恢復(fù)為原始的聲音或圖像，供收信者使用。 通信系統(tǒng)的核心部分是發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。我們經(jīng)常見到的廣播通信系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)，它們都是無線通信系統(tǒng)。,8.1 信息的傳輸過

3、程,下一頁,返回,上一頁,不同的無線通信系統(tǒng)，其發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備的組成和復(fù)雜度雖然有較大差異，但它們的基本組成是不變的。圖8-3是無線通信系統(tǒng)的基本組成框圖。 在無線通信系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備中，振蕩器產(chǎn)生等幅的高頻正弦信號（高頻載波信號）被基帶信號調(diào)制，產(chǎn)生高頻已調(diào)信號，最后再經(jīng)功率放大器放大，獲得足夠的發(fā)射功率，作為射頻信號發(fā)送到空間。 接收設(shè)備的第一級是高頻放大器。由于從發(fā)送設(shè)備發(fā)出的信號經(jīng)過長距離的傳播，能量受到很大的損失，信號很微弱，同時還受到傳輸過程中來自各方面噪聲的干擾，因而到達(dá)接收設(shè)備時，,8.1 信息的傳輸過程,下一頁,返回,上一頁,首先需要經(jīng)過高頻放大器的選頻和放大。高頻放大器輸

4、出的高頻已調(diào)信號再經(jīng)過混頻器，與本地振蕩器產(chǎn)生的本振信號混頻，變換成頻率固定的中頻信號。中頻信號經(jīng)過中頻放大器放大，送到解調(diào)器，恢復(fù)原基帶信號，再經(jīng)低頻放大器放大后輸出。 8.1.2 調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制在通信系統(tǒng)中起著十分重要的作用。大量的通信系統(tǒng)需要通過“調(diào)制”將基帶信號變換為更適合在信道中傳輸?shù)男问?。調(diào)制后可以達(dá)到以下三個目的：其一是提高頻率以便于輻射。無線通信是利用天線向空間輻射電磁波的方式傳輸信號的，根據(jù)天線理論，只有當(dāng)輻射天線的尺寸大于波長的1/10時，,8.1 信息的傳輸過程,下一頁,返回,上一頁,信號才能被有效地輻射。例如語音信號的頻率為3003400Hz，若采用1/4波長的天線，

5、則天線的尺寸至少為25022km。天線尺寸如此巨大，當(dāng)然是不現(xiàn)實(shí)的。而通過調(diào)制可以把信號頻譜搬移到高頻范圍，使其易于以電磁波的形式輻射出去。其二是實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用，提高信道利用率。通過調(diào)制可以把不同信號（同一頻率范圍）的頻譜搬移到不同的位置，互不重疊，即可以實(shí)現(xiàn)在一個信道里同時傳輸許多信號。其三是改善系統(tǒng)性能。因?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)的輸出信噪比是信號帶寬的函數(shù)。通過調(diào)制將信號變換，使它占有較大的帶寬，可以提高抗干擾性，從而改善通信系統(tǒng)的性能。,8.1 信息的傳輸過程,下一頁,返回,上一頁,所謂調(diào)制，就是用欲傳輸?shù)牡幕鶐盘枺ǚQ為調(diào)制信號）去控制另一個信號（如光、高頻電磁波等）的某一參數(shù)（振幅、頻率或相位），

6、使該參數(shù)隨調(diào)制信號的變化而變化。也就是把所要傳送的信號“裝載”在高頻振蕩信號上，再由天線發(fā)射出去。這里，高頻振蕩信號就是攜帶信號的“運(yùn)載工具”，所以稱之為載波。調(diào)制后的載波就裝有調(diào)制信號所包含的信息，稱為已調(diào)信號或稱為已調(diào)波。如果調(diào)制信號控制的是載波的振幅，稱為振幅調(diào)制，簡稱調(diào)幅，用AM表示；如果調(diào)制信號控制的是載波的頻率，稱為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻，用FM表示；如果調(diào)制信號控制的是載波的相位，稱為相位調(diào)制，簡稱調(diào)相，用PM表示。,8.1 信息的傳輸過程,下一頁,返回,上一頁,解調(diào)是調(diào)制的反過程，作用是解除調(diào)制，即把低頻調(diào)制信號從高頻已調(diào)信號中還原出來的過程。調(diào)幅波的解調(diào)過程稱為檢波；調(diào)頻波的解調(diào)

7、過程稱為鑒頻；調(diào)相波的解調(diào)過程稱為鑒相。 不同的調(diào)制信號和不同的調(diào)制方式，其調(diào)制特性不同。在選擇調(diào)制方式時，要從抗干擾性、實(shí)現(xiàn)調(diào)制的簡便程度、已調(diào)波信號所占的頻帶寬度及保真度等方面綜合考慮。例如，普通調(diào)幅制接收設(shè)備最簡單，因而廣泛用于中、短波的無線電廣播，但其抗干擾性差。調(diào)頻制抗干擾能力強(qiáng)，但由于所占頻帶寬，因而只適用于超短波波段，如移動通信、電視伴音等。,8.1 信息的傳輸過程,下一頁,返回,上一頁,8.1.3 混頻 混頻，又稱為變頻，是將接收到的不同的高頻載波頻率變換成某一新的固定頻率“中間頻率”，簡稱中頻，同時保持原有的調(diào)制規(guī)律。具有這種功能的電路稱為混頻器（或變頻器），它是一種典型的頻

8、率變換電路?；祛l器是超外差接收機(jī)的重要組成部分。 從圖8-3中可以看出，接收到的信號ui和本地振蕩器產(chǎn)生的頻率為fLO的本振信號uLO共同加到混頻器上，混頻后輸出頻率為fI的中頻電壓uI，再送到中放電路去放大。本地振蕩器必須和混頻之前所有調(diào)諧回路跟蹤調(diào)諧。只有這樣，才能保證把不同頻率的高頻已調(diào)信號的頻率fC統(tǒng)統(tǒng)變換成固定的中頻fI。,8.1 信息的傳輸過程,下一頁,返回,上一頁,輸出中頻頻率fI是本振信號頻率fLO和載波頻率fC的和頻或差頻，即fIfLO fC?；祛l器在頻域中起著減（加）法器的作用，是頻譜線性搬移中的一種應(yīng)用。 當(dāng)fI fC時，稱為下變頻，相應(yīng)的中頻稱為低中頻；當(dāng)fI fC時，

9、稱為上變頻，相應(yīng)的中頻稱為高中頻。超外差式調(diào)幅廣播收音機(jī)一般采用下混頻，它的中頻規(guī)定為465kHz，即把載波頻率為5351605kHz的中波波段電臺的AM信號均變換為465kHz的中頻AM信號。當(dāng)fC變化時（指接收不同的電臺），本振信號頻率fLO要跟蹤變化，應(yīng)比信號頻率fC永遠(yuǎn)高出465kHz。,8.1 信息的傳輸過程,返回,上一頁,8.2.1 振幅調(diào)制信號分析 振幅調(diào)制，簡稱為調(diào)幅，就是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其隨調(diào)制信號的規(guī)律變化而變化，其它參數(shù)不變。這是一種使高頻載波的振幅“裝載”傳輸信息的調(diào)制方式。 根據(jù)調(diào)幅信號頻譜結(jié)構(gòu)的不同，調(diào)幅可分為以下四種調(diào)幅方式：普通調(diào)幅（AM）、雙

10、邊帶調(diào)制（DSB）、單邊帶調(diào)制（SSB）信號和殘留單邊帶調(diào)制（VSB）。 1. 普通調(diào)幅(AM) 1)普通調(diào)幅信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其波形,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的余弦信號，即 載波信號為 且fcF，則普通調(diào)幅信號為： 其中 ，稱為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度，表示載波振幅受調(diào)制信號控制的程度；ka為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。 從圖8-4可以看出，普通調(diào)幅信號的振幅由直流分量Ucm和交流分量 疊加而成，其中交流分量與調(diào)制信號成正比，,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,或者說，普通調(diào)幅信號的包絡(luò)(信號振幅各峰值點(diǎn)的連線)完全反映了調(diào)制信號的變化。在調(diào)制信號

11、的一個周期內(nèi)，調(diào)幅信號的最大振幅UAMmaxUcm (1Ma)，最小振幅UAMminUcm (1Ma)。由此可得到調(diào)幅指數(shù)Ma的表達(dá)式： 正常情況下，0Ma1。若Ma 1，普通調(diào)幅波的包絡(luò)變化與調(diào)制信號不再相同，產(chǎn)生了失真，稱為過調(diào)制，如圖8-5所示。 利用三角函數(shù)關(guān)系，可以寫成,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,可見，當(dāng)調(diào)制信號為單一頻率的余弦信號時，普通調(diào)幅信號中包括三個頻率分量：角頻率為c的載波分量、角頻率為c的上邊頻分量和角頻率為c的下邊頻分量。載波分量幅度與調(diào)制信號無關(guān)，兩個邊頻分量幅度相等并與調(diào)制信號幅度成正比，這說明調(diào)制信號的信息包含在上、下邊頻分量之內(nèi)。 3）普

12、通調(diào)幅波的功率 普通調(diào)幅波的功率包括載波功率Pc和上下兩個邊帶（頻）的功率。經(jīng)推導(dǎo)，對單頻調(diào)制的普通調(diào)幅波信號，其平均功率為,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,可見，在普通調(diào)幅波中，載波分量不含有用信息，但占有一半以上的功率（因?yàn)镸a1）。而包含信息的上下邊帶（頻）功率之和卻不到1/3。從能量觀點(diǎn)看，這是一種很大的浪費(fèi)。能量利用不合理是AM制式本身所固有的缺點(diǎn)。目前AM制式主要用于中、短波無線電廣播系統(tǒng)中，原因是AM制式的解調(diào)電路簡單，使收音機(jī)電路簡單而價廉。在其它通信系統(tǒng)中很少采用普通調(diào)幅方式。 2. 雙邊帶調(diào)制（DSB） 前面分析可知，載波分量是不包含信息的，因此，為了提高

13、設(shè)備的功率利用率，可以不傳送載波而只傳送兩個邊帶信號，這叫做抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，簡稱雙邊帶調(diào)制，,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,用DSB（DoubleSideBand）表示，其表達(dá)式為 如圖8-8所示為雙邊帶調(diào)幅波形與頻譜圖。從圖8-8(a)雙邊帶調(diào)幅波形可以看出，雙邊帶調(diào)幅信號其包絡(luò)與調(diào)制信號的絕對值u成正比，已不再反映調(diào)制信號波形的變化，且在調(diào)制信號波形過零點(diǎn)處的高頻相位有180的突變。 從如圖8-8（b）所示頻譜圖看到，雙邊帶的頻譜只有上、下變頻（帶），載波分量被抑制。因此，其功率均含有用信息，功率利用較充分。 雙邊帶信號的頻帶寬度為 BW2 F max,8.2 振

14、幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,3. 單邊帶調(diào)制 由于上、下兩個邊帶所含調(diào)制信息完全相同，從信息傳輸角度看，只要發(fā)送一個邊帶的信號即可，這種方式稱為單邊帶調(diào)制，用SSB（SingleSideBand）表示，其表達(dá)式為 可見，單頻調(diào)制單邊帶調(diào)幅信號是一個單頻信號，但是，一般的單邊帶調(diào)幅信號波形卻比較復(fù)雜。不過有一點(diǎn)是和雙邊帶調(diào)幅信號相同的，即單邊帶調(diào)幅信號的包絡(luò)已不能反映調(diào)制信號的變化。 由圖8-8（b）可以看出，只要將雙邊帶調(diào)幅信號抑制掉一個邊帶，就成為單邊帶調(diào)幅信號，,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,由于SSB調(diào)制方式只發(fā)送一個邊帶，因而它不但功率利用率高，而且它所

15、占用頻帶近似為Fmax，比普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅減小了一半，提高了波段利用率。因此目前已成為短波通信中的一種重要調(diào)制方式。 8.2.2 振幅調(diào)制電路 可以看出，調(diào)幅的過程實(shí)際上主要是信號相乘的過程，因此，利用模擬乘法器就能實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。將調(diào)制信號與直流Uo相加后，再與載波信號相乘，即能得到普通調(diào)幅（AM）信號。如果只是將調(diào)制信號與載波信號相乘就可獲得DSB信號。將調(diào)制信號與載波信號相乘得DSB信號后再加一濾波器，濾除一個邊帶，便得到SSB信號。,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,圖8-9給出了相應(yīng)的原理方框圖，其中（a）圖為AM波的形成，（b）圖為DSB波的形成。由于模擬乘法器輸

16、出信號電平不太高，所以這種方法稱為低電平調(diào)幅 圖8-9(a)中的輸出電壓為 其中,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,可見，調(diào)節(jié)直流電壓Uo的大小即可改變AM信號的調(diào)幅系數(shù)Ma。 模擬乘法器是低電平調(diào)幅電路的常用器件，它不僅可以實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅，也可以實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅與單邊帶調(diào)幅。 8.2.3 振幅解調(diào)電路（檢波器） 振幅調(diào)制信號的解調(diào)電路稱為振幅檢波電路，簡稱檢波器，其作用是從振幅調(diào)制信號中不失真地檢出調(diào)制信號來，它是調(diào)幅的逆過程。調(diào)幅的過程是頻譜搬移過程，是將低頻信號的頻譜線性地搬移到高頻載頻fc兩端。 振幅調(diào)制有四種調(diào)幅方式：普通調(diào)幅（AM）、雙邊帶調(diào)制（DSB）、,8.2 振幅

17、調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,單邊帶調(diào)制（SSB）信號和殘留單邊帶調(diào)制（VSB）。它們在反映同一調(diào)制信號時，波形和頻譜結(jié)構(gòu)都不相同，因此檢波方法也有所不同。按檢波方法分有包絡(luò)檢波和同步檢波。 1. 包絡(luò)檢波器 包絡(luò)檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調(diào)幅波的包絡(luò)成正比的檢波方法。四種調(diào)幅信號中只有普通調(diào)幅信號波形的包絡(luò)完全反映了調(diào)制信號的變化，所以包絡(luò)檢波只適用于對普通調(diào)幅波即AM波進(jìn)行檢波。如圖8-12（a）所示為包絡(luò)檢波原理圖，圖8-12(b)為檢波輸入、輸出頻譜圖。圖8-12(a)中的非線性器件可以是二極管、三極管或場效應(yīng)管。下面以二極管峰值包絡(luò)檢波器為例討論包絡(luò)檢波器的檢波原理。,

18、8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,如圖8-13(a)所示是檢波二極管VD和低通濾波器RLCL串接構(gòu)成的二極管包絡(luò)檢波器的原理圖。在圖8-13(a)中ui為輸入的普通調(diào)幅信號，即ui 。對于低通濾波器RLCL，要求1/cCLRL，即通過CL濾除高頻；1/CLRL ，即從CL兩端取出低頻。Cc為檢波器輸出端的隔直耦合電容，其值較大，對于低頻信號而言，電容Cc相當(dāng)于短路。RL為下級電路的輸入電阻。 由圖8-13(a)可見，加在檢波二極管VD的端電壓為uvuiuo。當(dāng)uiuo時，二極管導(dǎo)通，即輸入電壓ui對CL充電。由于二極管正向電阻rd很小，故充電時間常數(shù)rdCL小，很快充到輸入電壓

19、峰值附近，充電電壓相對二極管CL是附加了反向偏置uo，,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,當(dāng)ui下降到小于充電電壓uo時，二極管截止，CL通過RL放電，由于RL很大，放電時間常數(shù)RLCL大，故CL上電壓還沒下降多少，輸入信號ui下一個周期又來到，充電、放電如此循環(huán)，直到電容上的充放電達(dá)到平衡。 圖8-13(b)中的鋸齒狀變化波形表示二極管CL充電和放電時uo的波形。由圖可見，輸出電壓uo的波形與輸入電壓ui的包絡(luò)變化規(guī)律一樣，故稱為包絡(luò)檢波器。 由以上分析可知，實(shí)際上是二極管VD在端電壓uiuo的作用下，依次導(dǎo)通、截止，其中VD大部分時間截止，只在輸入電壓的每個高頻周期的峰值附

20、近才導(dǎo)通。,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,使得流過二極管VD的電流為周期性尖頂余弦脈沖，尖頂余弦脈沖頻譜中包含直流分量、低頻調(diào)制分量、高頻基波分量c及c的各次諧波分量。由低通濾波器RLCL濾除高頻基波和各次諧波分量，保留下直流及與包絡(luò)變化規(guī)律相對應(yīng)的低頻電壓信號。因此，電壓uo包含直流及低頻分量，如圖8-13(c)所示，經(jīng)Cc隔斷直流UD后，將u耦合至RL上。如圖8-13(d)所示。 為了使二極管峰值包絡(luò)檢波器能正常工作，避免失真，必須根據(jù)輸入AM信號的工作頻率與調(diào)幅系數(shù)以及實(shí)際負(fù)載RL，正確選擇檢波二極管和RL、CL的值。,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁

21、,通常為避免產(chǎn)生惰性失真，RLCL的數(shù)值由下式確定： RLCL 為避免產(chǎn)生負(fù)峰切割失真，應(yīng)滿足： 其中R為檢波器低頻交流負(fù)載電阻，RL為檢波器的直流負(fù)載電阻。在圖8-13(a)所示包絡(luò)檢波器中，檢波器低頻交流負(fù)載電阻RRL/RL，檢波器的直流負(fù)載電阻為RL。 2. 同步檢波器 由于DSB和SSB信號的包絡(luò)并沒有真實(shí)地反映調(diào)制信號波形的變化規(guī)律，并且DSB和SSB信號中沒有載波成分，,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,因此不能用簡單的包絡(luò)檢波器進(jìn)行檢波，而必須采用同步檢波。 同步檢波必須采用一個與發(fā)射端載波同頻同相的信號，稱為同步信號。同步檢波可由模擬乘法器和低通濾波器實(shí)現(xiàn)，原理

22、框圖如圖8-15(a)所示。圖中乘法器的兩個輸入，一個是調(diào)幅信號（可以是AM、DSB和SSB信號）ui，另一個就是同步信號（也稱本地載波或恢復(fù)載波）ur。為了能不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號，同步信號必須和發(fā)送端載波信號保持嚴(yán)格同步（即同頻同相），所以稱為同步檢波或相干檢波。 設(shè)輸入信號uiUrmcos tcosct為一雙邊帶調(diào)幅信號，同步信號urUrmcosrt，要求rc。,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,由此可得乘法器輸出電壓uo為： 顯然，上式中 項(xiàng)就是解調(diào)所需要的原調(diào)制信號，而cos2ct項(xiàng)是高頻分量，可用低通濾波器將它濾除。 同理，若輸入信號為單邊帶調(diào)幅信號，即uiUimc

23、os(c+)t，則乘法器輸出電壓uo為：,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號輸出。 圖8-15(b)為雙邊帶信號uDSB、單邊帶信號uSSB、同步信號ur及最后解調(diào)出的低頻信號u的頻譜圖。對于普通調(diào)幅信號，同步檢波器同樣也能實(shí)現(xiàn)解調(diào)，當(dāng)然，這也要求同步信號與載波信號保持嚴(yán)格同步。為了簡單，一般的普通調(diào)幅通信設(shè)備不用同步檢波器。,8.2 振幅調(diào)制與解調(diào)電路,返回,上一頁,8.3.1 調(diào)頻信號和調(diào)相信號分析 1. 表達(dá)式與波形 1)調(diào)頻信號 設(shè)載波信號ucUcmcosct，低頻調(diào)制信號uU mcost，則調(diào)頻信號的瞬時角頻率為 其中，kf是

24、與調(diào)頻電路有關(guān)的比例常數(shù)，單位為rad/(s.V)或Hz/V，c是未調(diào)制時載波的中心頻率，mkfU m是調(diào)頻信號最大角頻偏，與調(diào)制信號振幅U m成正比。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,積分可得瞬時相位為 調(diào)頻信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 式中， 為調(diào)制信號引起的最大相位偏移量，又稱為調(diào)頻系數(shù)，單位為rad，其值與調(diào)制信號的振幅U m成正比，與調(diào)制信號的頻率成反比，Mf的值可以大于1。 2)調(diào)相信號 設(shè)載波信號ucUcmcosct，低頻調(diào)制信號u Umcost，,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,則調(diào)相信號的瞬時相位為 其中，kp是與調(diào)相電路有關(guān)的比例常數(shù)，單位為rad/V，c

25、t是未調(diào)制時載波的相位。 調(diào)相信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 式中，MpkpU m是調(diào)相信號的最大相移，又稱為調(diào)相系數(shù)，單位為rad，它與U m成正比，Mp的值可以大于1。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,微分可得瞬時角頻率為 可見，調(diào)相信號的最大角頻偏mkfU m，與U m和 的乘積成正比。 2. 調(diào)角信號的頻譜與帶寬 可見，無論是調(diào)頻還是調(diào)相，都是是相角隨調(diào)制信號而變化，只不過變化的規(guī)律不同。因此調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角。而且還可以看出，在單頻調(diào)制時，調(diào)頻信號與調(diào)相信號的時域表達(dá)式是相似的，僅瞬時相偏分別隨正弦函數(shù)或余弦函數(shù)變化，無本質(zhì)區(qū)別，故可寫成統(tǒng)一的調(diào)角信號表達(dá)式（式中用調(diào)角系數(shù)M

26、統(tǒng)一代替了Mf與Mp）。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,u(t)Ucmcos(ctMsint) 利用三角函數(shù)關(guān)系，可變換為 u(t)Ucmcos(Msint)cosctUcmsin(Msint)sinct cos(Msint)和sin(Msint)均可展開成傅里葉級數(shù)，若用傅里葉級數(shù)表示上述調(diào)角信號，則,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,上式表明：單頻調(diào)制的調(diào)角信號，頻譜包含了一個載頻和無窮多對邊頻分量，它們處在c、c2、c3、角頻率上，分布在c兩側(cè)。載頻分量和各對邊頻分量的相對幅度由與M有關(guān)的相應(yīng)的貝塞爾函數(shù)Jn（M）確定。理論上，調(diào)角信號的邊頻分量是無限

27、多的，但實(shí)際上已調(diào)信號的能量大部分集中在載頻附近的有限邊頻上。圖8-18示出了幾個對應(yīng)不同M的調(diào)角信號頻譜圖，此頻譜圖中僅保留了系數(shù)Jn（M）大于0.01的那些邊頻。 從圖8-18可以看出，幅度大于零的邊頻數(shù)目隨M的增加而增加；載頻分量并不總是最大，有時為零。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,3. 調(diào)角信號的功率 因?yàn)檎{(diào)角信號的振幅保持恒定，所以其平均功率為 式中，RL為負(fù)載電阻，Pc為未調(diào)制時的載波功率。 從功率看，角度調(diào)制可以認(rèn)為是功率分配器，它將載波功率分配給各頻率分量，每個頻率分量所分給的功率由Jn(M)決定，但各分量功率之和仍為未調(diào)制時載波功率。 8.3.2 調(diào)頻電

28、路 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法有很多，最常用的有兩種：直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,直接調(diào)頻是用調(diào)制信號直接控制振蕩器的頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信號。在直接調(diào)頻電路中，振蕩器與調(diào)制器合二為一。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏；其主要缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度差。 間接調(diào)頻是把調(diào)制和振蕩分開，即先對調(diào)制信號進(jìn)行積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相而獲得調(diào)頻波的。這種調(diào)頻的方法載頻穩(wěn)定度高，但最大頻偏通常有限。 1. 直接調(diào)頻 直接調(diào)頻是通過在振蕩回路中加入可變電抗元件，并用調(diào)制信號去控制可變電抗的參數(shù)，,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,即可產(chǎn)生

29、振蕩頻率隨調(diào)制信號變化的調(diào)頻波。可變電抗元件有變?nèi)荻O管、電抗管等。在此僅簡要介紹應(yīng)用較為廣泛的變?nèi)荻O管調(diào)頻原理電路。 1）變?nèi)荻O管的符號及變?nèi)萏匦?變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的結(jié)電容隨外加反向電壓而變化這一特性，制成的一種半導(dǎo)體二極管。它是一種電壓控制可變電抗元件。變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與外加反向偏壓的關(guān)系曲線如圖8-19(a)所示。變?nèi)荻O管在電路圖中的符號如圖8-19(b)所示。為了保證反向偏置，往往在變?nèi)荻O管的兩端加上負(fù)偏壓U，在此基礎(chǔ)上加上信號電壓s（t），則外加總電壓應(yīng)為uUs（t），,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,變?nèi)荻O管的電容的表達(dá)式為 式中，C0為未外

30、加電壓時的結(jié)電容，U為PN結(jié)勢壘電位差（硅管0.7v、鍺管0.20.3v），r為結(jié)電容變化指數(shù)，由結(jié)的類型和摻雜濃度決定。 2）變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 圖8-20是變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路。圖8-20中去掉變?nèi)荻O管Cj ，就是一個變壓器反饋式LC振蕩器，振蕩頻率決定于LC調(diào)諧回路的參數(shù)?，F(xiàn)在調(diào)諧回路電容由兩部分組成：回路電容C和變?nèi)荻O管Cj。調(diào)制信號s（t）通過Rc加在變?nèi)荻O管上，,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,用以控制它的容量Cj ，也就控制該調(diào)諧回路的諧振頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。C對s（t）呈現(xiàn)一高阻抗。但是，C Cj，回路的瞬時諧振頻率主要由Cj決定，因此 變?nèi)荻O管

31、調(diào)頻是在LC振蕩器上直接進(jìn)行的，所以中心頻率穩(wěn)定度低。 2. 間接調(diào)頻 直接調(diào)頻的頻率穩(wěn)定度低，即使采用晶體振蕩器直接調(diào)頻，提高了頻率穩(wěn)定度，但最大頻偏較窄。間接調(diào)頻電路中，調(diào)制器與振蕩器是分開的，可以采用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作主振，,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,然后再對這個穩(wěn)定的載頻信號在后級進(jìn)行調(diào)相，從而得到頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻波。 1) 間接調(diào)頻原理 當(dāng)?shù)皖l調(diào)制信號u Umcost，高頻載波信號ucUcmcosct，則 調(diào)頻信號為： 調(diào)相信號為： 可見，在進(jìn)行調(diào)頻之前先對調(diào)制信號uU mcost進(jìn)行積分處理，得到,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,用

32、u對載波信號ucUcmcosct進(jìn)行調(diào)相，得到的調(diào)相波即為用U mcost進(jìn)行調(diào)頻得到的調(diào)頻波。 2) 間接調(diào)頻電路 間接調(diào)頻電路由積分電路及調(diào)相電路組成。如圖8-21所示。圖8-22為變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)調(diào)相的單諧振回路調(diào)相電路。圖中，Cj、C3和L構(gòu)成并聯(lián)諧振回路（CjC3，Cj起主要作用），Cj的偏壓由9V通過R3、R4分壓提供；R1、R2是諧振回路輸入和輸出端上的隔離電阻，用來防止并聯(lián)諧振回路與前后級之間的相互影響；C1、C2對高頻短路，而對調(diào)制信號開路；C3是隔直耦合電容。載波uc經(jīng)R1C1后作為電流源輸入；調(diào)制信號u經(jīng)耦合電容C3加到R4、C4組成的積分電路，,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路

33、,下一頁,返回,上一頁,因此加到變?nèi)荻O管的信號為u，使變?nèi)荻O管的電容Cj隨調(diào)制信號積分電壓u的變化而變化，導(dǎo)致諧振頻率變化。從而使固定頻率的高頻載波電流在流過諧振頻率變化的振蕩回路時，由于失諧而產(chǎn)生相移，輸出為用u實(shí)現(xiàn)的高頻調(diào)相信號，即為用u實(shí)現(xiàn)的間接調(diào)頻信號。 8.3.3 鑒頻電路 1鑒頻電路的主要性能指標(biāo) 表征鑒頻器主要特性的是鑒頻特性曲線，即輸出低頻解調(diào)電壓與輸入調(diào)頻信號瞬時頻率之間的關(guān)系曲線。圖8-23為典型的鑒頻特性，由于它像英文字母“S”形，故稱S曲線。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,圖中，fc為調(diào)頻信號的中心頻率，對應(yīng)的輸出電壓為0，當(dāng)信號頻率向左右偏離時

34、，分別得到正負(fù)輸出電壓。對鑒頻電路的主要要求有： 1) 線性范圍 要求鑒頻特性在fc附近為一條直線，且這段頻率范圍大。在圖中兩彎曲點(diǎn)fmin與fmax之間的范圍為線性范圍，此范圍應(yīng)大于調(diào)頻信號的最大頻偏fm的2倍。 2) 靈敏度 在鑒頻線性范圍內(nèi), 單位頻偏產(chǎn)生的解調(diào)信號電壓的大小稱為鑒頻靈敏度。靈敏度高意味著鑒頻特性曲線陡直。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,3)非線性失真 實(shí)際上，在線性范圍內(nèi)鑒頻特性只是近似線性，存在著非線性失真。實(shí)際電路的非線性失真應(yīng)該盡量減小。 2鑒頻方法 鑒頻是調(diào)頻信號的解調(diào)過程，也就是將輸入信號的頻率變化轉(zhuǎn)換為電壓變化的過程。從調(diào)頻信號表達(dá)式來看

35、，由于隨調(diào)制信號u成線性變化的瞬時角頻率與相位是微分關(guān)系，而相位與電壓又是三角函數(shù)關(guān)系，所以要從調(diào)頻信號中直接提取與u成正比的電壓信號很困難。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,通常采用兩種鑒頻方法。一種方法是先將調(diào)頻信號通過頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)變成調(diào)頻調(diào)幅信號，然后利用包絡(luò)檢波的方式取出調(diào)制信號，這種方法稱為斜率鑒頻。另一種方法是相位鑒頻，即先將調(diào)頻信號通過頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)變成調(diào)頻調(diào)相信號，然后利用鑒相方式取出調(diào)制信號。圖8-24給出了相應(yīng)的原理圖。常用的是圖8-24(b)相位鑒頻這種方法。 在這兩種鑒頻方法中，頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)和頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)是首先需要考慮的問題。顯然，轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的線性特性是保

36、證線性鑒頻的重要基礎(chǔ)。LC并聯(lián)回路具有的幅頻特性和相頻特性使之成為簡單而實(shí)用的頻幅轉(zhuǎn)換和頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用非常廣泛。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,3. 相位鑒頻器 1)鑒相原理 鑒相是將兩個信號的相位差變換成電壓的過程。如圖8-25（a）所示為實(shí)現(xiàn)乘積型鑒相的方框圖，圖中，兩個相位不同的高頻信號電壓ux和uy分別加到乘法器的兩個輸入端，低通濾波器用來取出反映兩輸入信號相位變化的低頻電壓。 為了能夠使乘法器輸出的低頻分量與兩信號相位差的正弦函數(shù)成線性關(guān)系，兩個輸入信號除了有相位差外，還必須有90的固定相位差，即輸入信號分別為 和 ，經(jīng)過乘法器后得到,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電

37、路,下一頁,返回,上一頁,經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量后，則可得 上式中，K為乘法器增益系數(shù)，k為低通濾波器的電壓傳輸系數(shù)?？梢钥闯觯b相器輸出電壓與兩個高頻信號電壓的相位差的正弦成比例，即鑒相特性為正弦特性曲線，如圖8-25(b)所示。當(dāng)|/6時，sin，鑒相特性接近于直線，即其線性鑒相范圍為/6，可見乘積型鑒相的線性鑒相范圍較小。一般要求鑒相電路的線性鑒相范圍越寬越好。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,2)乘積型相位鑒頻器 乘積型相位鑒頻是一種常用的鑒頻方法。它是通過頻相轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)把調(diào)頻信號的瞬時頻率變化轉(zhuǎn)化為瞬時相位變化，然后進(jìn)行乘積型鑒相的過程。其原理框圖如圖8-26所示。

38、 圖中的頻率相位變換網(wǎng)絡(luò)，往往是由LC并聯(lián)諧振回路組成，它將調(diào)頻信號的瞬時頻率變化轉(zhuǎn)換成瞬時相位變化，所以調(diào)頻信號經(jīng)過頻率相位變換網(wǎng)絡(luò)以后，就成為每一個頻率成分都附加一個相移的信號。這樣鑒相器兩輸入信號成為具有同一調(diào)頻規(guī)律而在不同頻率上具有不同相位差的信號。經(jīng)由模擬乘法器與低通濾波器所組成的鑒相器后，其輸出電壓就成為原低頻調(diào)制信號。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,3)實(shí)際應(yīng)用電路 圖8-27所示是利用集成模擬乘法器MC1596構(gòu)成的乘積型相位鑒頻器。調(diào)頻信號一路經(jīng)0.047的耦合電容后從Y通道1、4腳輸入，一路經(jīng)射極跟隨器T及C1、L、C2、C3組成90固定相移的頻率相位變

39、換網(wǎng)絡(luò)后變成有90固定相移的調(diào)頻調(diào)相信號，從X通道8、10腳輸入。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,下一頁,返回,上一頁,接在乘法器8腳和10腳之間的電阻R5、R6可看作是并在諧振回路上的阻尼電阻，它的大小將直接影響回路的品質(zhì)因數(shù)，從而影響回路相頻特性的斜率，因此，改變R5可影響鑒頻性能。在乘法器輸出端，用運(yùn)算放大器構(gòu)成平衡輸入低頻放大器，一方面對模擬乘法器進(jìn)行輸出失調(diào)調(diào)零，另一方面將乘法器的6、12腳雙端輸出轉(zhuǎn)換成單端輸出。 運(yùn)算放大器單端輸出后經(jīng)R0C0低通濾波器取出調(diào)制信號u。,8.3 角度調(diào)制與解調(diào)電路,返回,上一頁,8.4.1 混頻電路 在通信接收機(jī)中，混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻

40、已調(diào)波信號變換為同一個固定載頻(一般稱為中頻)的高頻已調(diào)波信號，而保持其調(diào)制規(guī)律不變。例如，在超外差式廣播接收機(jī)中，把載頻位于535kHz1605kHz中波波段各電臺的普通調(diào)幅信號變換為中頻為465kHz的普通調(diào)幅信號，把載頻位于88MHz108MHz的各調(diào)頻電臺的調(diào)頻信號變換為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號，把載頻位于49MHz960MHz各電視臺信號變換為中頻為38MHz的視頻信號及中頻為31.5MHz的音頻信號。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,1. 混頻原理 用非線性器件和模擬乘法器均能實(shí)現(xiàn)混頻。分立元件超外差式收音機(jī)中的混頻電路就是由晶體三極管及LC諧振回路組成的。在此僅介

41、紹由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻的原理，其原理框圖如圖8-28所示。 設(shè)輸入到混頻器的已調(diào)信號以普通調(diào)幅信號為例，即 ui 本振信號uLOULOmcosLOt，由此可得乘法器輸出電壓uo為：,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,由中頻帶通濾波器取出所需要的中頻信號為 其中ILOc。顯然，混頻器輸出的中頻信號仍為一普通調(diào)幅信號，頻譜寬度不變，包絡(luò)形狀不變，只是調(diào)幅信號頻譜從載頻為c處搬移到I處。 2. 混頻電路 晶體管混頻電路具有增益高、噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，但混頻干擾大。采用模擬乘法器組成的集成混頻電路，不但受混頻干擾小，而且調(diào)整容易，輸入信號動態(tài)范圍較大。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返

42、回,上一頁,在圖8-29中，晶體管T既完成混頻作用，又作為本地振蕩。輸入信號ui和本振信號uLO分別加在晶體管的基極和發(fā)射極上，輸出中頻信號uI由連接集電極的諧振回路取出。本振電路是由晶體管、振蕩回路(L4、C6、C7、C8)和反饋電感L3組成的變壓器耦合反饋振蕩器。 雙聯(lián)可變電容作為輸入回路和本振回路的統(tǒng)一調(diào)諧電容，使得在整個中波波段內(nèi)，本振頻率fLO均與輸入載頻fc同步變化，二者之差恒等于中頻fI。 圖8-30所示電路為由模擬乘法器MC1596組成的混頻電路。本振信號經(jīng)0.001的耦合電容后從從X通道8、10腳輸入。已調(diào)信號經(jīng)耦合電容從Y通道1、4腳輸入，調(diào)節(jié)50k電位器，,8.4 混頻電

43、路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,使1、4腳直流電位差為零。中頻信號(9MHz)由6腳單端輸出后的型帶通濾波器中取出。 8.4.2 鎖相環(huán)路 反饋控制電路有三種：自動增益控制電路（簡稱AGC）、自動頻率控制電路（簡稱AFC）和自動相位控制電路（即鎖相環(huán)路）。 AGC電路是把輸出電壓的一部分反饋到前級受控晶體管，可按照輸入信號的強(qiáng)弱自動改變晶體管的增益，從而控制接收機(jī)的增益隨輸入信號的強(qiáng)弱而變化，信號強(qiáng)時增益低，信號弱時增益高，使接收機(jī)的輸出電平保持一定為目的。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,AFC電路的作用是當(dāng)本振頻率變動或輸入載波頻率有微小漂移時，自動調(diào)整本地振蕩器的頻

44、率，使中頻頻率保持穩(wěn)定，以消除頻率誤差為目的。它是利用頻率誤差電壓去消除頻率誤差，所以當(dāng)電路達(dá)到平衡狀態(tài)后，必然有剩余頻率誤差存在，即頻差不可能為零。 鎖相環(huán)路PLL（Phase Lock Loop）是一個能夠自動跟蹤輸入信號相位的閉環(huán)相位控制電路。鎖相環(huán)路也以消除頻率誤差為目的。但鎖相環(huán)路是利用相位誤差電壓去消除頻率誤差，所以當(dāng)電路達(dá)到平衡狀態(tài)之后，雖然有剩余相位誤差存在，但頻率誤差可以降低到零，從而實(shí)現(xiàn)無頻差的頻率跟蹤和相位跟蹤。而且，鎖相環(huán)還具有可以不用電感線圈、易于集成化、性能優(yōu)越等許多優(yōu)點(diǎn)，,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,因此廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、儀表等無線

45、電技術(shù)的許多領(lǐng)域。本小節(jié)僅介紹鎖相環(huán)路。 1基本原理 鎖相環(huán)路主要由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成，如圖8-31所示。 鑒相器是一個相位比較器，用來檢測輸入?yún)⒖夹盘栯妷簎i(t)和壓控振蕩器輸出電壓uo(t)之間的相位差，并產(chǎn)生相應(yīng)的誤差電壓uPD(t)，可由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)。環(huán)路濾波器具有低通特性，它的作用是把鑒相器輸出電壓uPD(t)中的高頻分量和噪聲濾除，而讓uPD(t)中的低頻分量或直流分量通過。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,環(huán)路濾波器對鎖相環(huán)路參數(shù)調(diào)整起著決定性的作用，因而可以通過調(diào)整環(huán)路濾波器的參數(shù)來獲得鎖相環(huán)路所需要的性能。

46、常見的環(huán)路濾波器為RC低通濾波器、RC比例積分濾波器和RC有源比例積分濾波器等。 壓控振蕩器是指振蕩角頻率o(t)受環(huán)路濾波器輸出的控制電壓uc(t)控制的一種振蕩器，起著電壓與頻率變換的作用。常用的壓控振蕩器有LC壓控振蕩器、晶振壓控振蕩器、負(fù)阻壓控振蕩器和RC壓控振蕩器等（前兩種振蕩器的頻率控制都是用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)的）。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,若鎖相環(huán)路中，壓控振蕩器的輸出信號角頻率o或輸入信號角頻率i發(fā)生變化，則輸入到鑒相器的電壓ui(t)和uo(t)必定會產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化，經(jīng)鑒相器以后輸出一個與相位誤差成比例的誤差電壓uPD(t)，經(jīng)過環(huán)路濾波器取出其中緩

47、慢變化的直流電壓uc(t)，去控制壓控振蕩器輸出信號的頻率和相位，使得uo(t)和ui(t)之間的頻率和相位差減小，直到壓控振蕩器輸出信號的頻率和輸入信號頻率相等為止，兩信號之間的相位差等于常數(shù)，此時稱鎖相環(huán)路處在鎖定狀態(tài)。假如環(huán)路的輸出信號和輸入信號頻率不等，則稱鎖相環(huán)路處在失鎖狀態(tài)。 鎖相環(huán)路在正常工作狀態(tài)（鎖定）時，具有以下基本特性：,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,1) 鎖定后沒有頻差。在沒有干擾和輸入信號頻率不變的情況下，環(huán)路一旦鎖定，環(huán)路的輸出信號頻率與輸入信號頻率相等，沒有剩余頻差，只有不大的固定相差。 2) 有自動跟蹤特性。鎖相環(huán)路在鎖定時，輸出信號頻率能在一

48、定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號頻率。 3) 有良好的窄帶特性。鎖相環(huán)路相當(dāng)于一高頻窄帶濾波器，它不但能濾除噪聲和干擾，而且能跟蹤輸入信號的載頻變化。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,2鎖相環(huán)路的應(yīng)用 1) 鎖相接收機(jī) 地面接收機(jī)接收從人造衛(wèi)星、宇宙飛船上發(fā)送來的無線電信號時，由于衛(wèi)星離地面距離遠(yuǎn)，再加上衛(wèi)星發(fā)射機(jī)發(fā)射功率小、天線增益低，使得發(fā)射機(jī)向地面發(fā)回的信號很微弱；還由于存在多普勒頻移（即當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)相對于媒質(zhì)運(yùn)動時，接收機(jī)所接收到的頻率將發(fā)生漂移的現(xiàn)象）使信號頻率漂移嚴(yán)重。例如：頻率為108MHz時，多普勒頻移可能在3kHz，若用普通接收機(jī)則帶寬至少應(yīng)為6kHz，而飛船發(fā)射的

49、信號本身只占非常窄的頻譜，信號帶寬只有幾Hz或幾十Hz，這樣接收機(jī)的帶寬比信號帶寬大近千倍，,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,使微弱信號的接收十分困難。這時，就必須使用鎖相環(huán)路組成的窄帶跟蹤接收機(jī)即鎖相接收機(jī)進(jìn)行接收信號。 2) 鎖相調(diào)頻與鑒頻 用鎖相環(huán)路調(diào)頻，能夠得到中心頻率高度穩(wěn)定的調(diào)頻信號，圖8-32(a)為其方框圖。鎖相環(huán)使壓控振蕩器的中心頻率穩(wěn)定在晶振頻率上，同時調(diào)制信號也加到壓控振蕩器，對中心頻率進(jìn)行頻率調(diào)制。調(diào)制信號頻譜應(yīng)處于環(huán)路濾波器的通帶之外，并且調(diào)頻系數(shù)不能太大。調(diào)制信號不能通過環(huán)路濾波器，因此不形成調(diào)制信號的環(huán)路，這時的鎖相環(huán)僅僅是載波跟蹤環(huán)，調(diào)制頻率對

50、鎖相環(huán)路無影響。鎖相環(huán)路只對壓控振蕩器的平均中心頻率的不穩(wěn)定因素起作用，,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,此不穩(wěn)定因素引起的波動可以通過環(huán)路濾波器。這樣，當(dāng)鎖定后，壓控振蕩器的中心頻率鎖定在晶振頻率上。輸出的調(diào)頻波中心頻率穩(wěn)定度很高。用鎖相環(huán)路的調(diào)頻器能克服直接調(diào)頻中心頻率穩(wěn)定度不高的缺點(diǎn)。 根據(jù)鎖相環(huán)路的頻率跟蹤特性，在系統(tǒng)處于跟蹤狀態(tài)時，可用于解調(diào)調(diào)頻信號，如圖8-32(b)所示。當(dāng)鎖相環(huán)路輸入信號的頻率變化時，環(huán)路濾波器能輸出一個控制電壓，迫使壓控振蕩器的頻率與輸入信號同步。如果輸入信號為調(diào)頻波，頻率隨調(diào)制信號u變化，則經(jīng)鑒相器和環(huán)路濾波器的處理后，得到的控制電壓必然和

51、輸入信號的頻率變化規(guī)律相對應(yīng)。若從環(huán)路濾波器引出控制電壓，即可得到調(diào)頻波的解調(diào)信號。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入混頻器和中頻放大器，還可以組成鎖相混頻電路。 3) 鎖相倍頻和分頻 在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器，就組成了鎖相倍頻器，如圖8-33所示。 VCO的輸出頻率o可以調(diào)整到等于所需的倍頻角頻率上。當(dāng)環(huán)路鎖定時，鑒相器輸入信號角頻率與反饋信號角頻率相等，即i=o，而o是VCO輸出信號經(jīng)n次分頻后的角頻率，因此VCO輸出角頻率o是輸入信號角頻率的n倍，即oni。若輸入信號由高穩(wěn)定度的晶振產(chǎn)生，分頻器的分頻比是可變的，,8.4 混頻電

52、路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,則可以得到一系列穩(wěn)定的間隔為i的頻率信號輸出。 如果將圖8-33中的分頻器改為倍頻器，則可以組成鎖相分頻電路，即o=i/n。 4) 鎖相頻率合成器 利用一塊或少量晶體，采用綜合或合成的手段，可以獲得大量的不同的工作頻率，這些工作頻率的穩(wěn)定度準(zhǔn)確度等于或接近于石英晶體振蕩器的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度，這種技術(shù)為頻率合成技術(shù)。 利用鎖相環(huán)路還可以構(gòu)成性能良好的頻率合成器，圖8-34為其方框圖。用一個高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器所產(chǎn)生的信號作為標(biāo)準(zhǔn)信號（基準(zhǔn)頻率），為減小相鄰兩個輸出頻率的間隔，,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,下一頁,返回,上一頁,增加輸出頻率的數(shù)目，可在晶體振蕩

53、器和鑒相器之間插入一個前置分頻器（m）。在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中（即VCO和鑒相器之間）插入一個可編程控制的可變分頻器（n），這樣通過編程設(shè)置分頻比n，便可以得到一系列穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都很高，頻率間隔很小的離散頻率，其輸出頻率為o=in/m。改變分頻比n即可以改變輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)頻率合成的任務(wù)。 鎖相環(huán)頻率合成器是在通信方面，特別是在移動通信中，廣泛使用的一種集成電路。,8.4 混頻電路與鎖相環(huán)路,返回,上一頁,8.5 實(shí)訓(xùn)：50型AM/FM收音機(jī)的安裝與調(diào)試,1. 實(shí)訓(xùn)目的 1）熟悉超外差式收音機(jī)的工作原理。 2）學(xué)習(xí)收音機(jī)的調(diào)試與裝配。 3）提高讀整機(jī)電路圖及電路板圖的能力。 4）掌握收

54、音機(jī)生產(chǎn)工藝流程，提高焊接工藝水平。,下一頁,返回,8.5 實(shí)訓(xùn)：50型AM/FM收音機(jī)的安裝與調(diào)試,2. 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容 1）收音機(jī)電路原理分析。 2）掌握印制電路板的組裝及焊接工藝。 3）進(jìn)行AM、FM中頻及統(tǒng)調(diào)覆蓋的調(diào)試及整機(jī)測試。 4）故障判斷及排除。,下一頁,上一頁,返回,8.5 實(shí)訓(xùn)：50型AM/FM收音機(jī)的安裝與調(diào)試,3. 收音機(jī)的基本工作原理 收音機(jī)的電路結(jié)構(gòu)種類有很多，早期的多為分立元件電路，目前基本上都采用了大規(guī)模集成電路為核心的電路。集成電路收音機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，性能指標(biāo)優(yōu)越，體積小等優(yōu)點(diǎn)。AM/FM型的收音機(jī)電路可用如圖8-35所示的方框圖來表示。收音機(jī)通過調(diào)諧回路選出

55、所需的電臺，送到變頻器與本振電路送出的本振信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生中頻輸出（我國規(guī)定的AM中頻為465kHz，F(xiàn)M中頻為10.7MHz），中頻信號將檢波器檢波后輸出調(diào)制信號，調(diào)制信號經(jīng)低放、功放放大電壓和功率，推動喇叭發(fā)出聲音。,下一頁,上一頁,返回,8.5 實(shí)訓(xùn)：50型AM/FM收音機(jī)的安裝與調(diào)試,本實(shí)訓(xùn)中的收音機(jī)是一種AM/FM二波段的收音機(jī)，收音機(jī)電路主要由索尼公司生產(chǎn)的專為調(diào)頻、調(diào)幅收音機(jī)設(shè)計的大規(guī)模集成電路CXA1191M/CXC1191P組成。由于集成電路內(nèi)部無法制作電感、大電容和大電阻，故外圍元件多以電感、電容和電阻為主，組成各種控制、供電、濾波等電路。50型收音機(jī)電路圖如圖8-36所

56、示。,下一頁,上一頁,返回,8.5 實(shí)訓(xùn)：50型AM/FM收音機(jī)的安裝與調(diào)試,CXA1191M/CXC1191P的內(nèi)部方框圖如圖8-37所示。CXA1191M/CXC1191P包含了從高頻放大、本振到中頻放大、低頻（音頻）放大的所有功能。 下面介紹收音機(jī)電路圖的功能塊電路的作用。 1) 調(diào)諧（即選臺）與變頻 由于同一時間內(nèi)廣播電臺很多，收音機(jī)天線接收到的不僅僅是一個電臺的信號。各電臺發(fā)射的載波頻率均不相同，收音機(jī)的選頻回路通過調(diào)諧，改變自身的振蕩頻率，當(dāng)振蕩頻率與某電臺的載波頻率相同時，即可選中該電臺的無線信號，從而完成選臺。,下一頁,上一頁,返回,8.5 實(shí)訓(xùn)：50型AM/FM收音機(jī)的安裝與調(diào)試,選出的信號并不是立即送到檢波級，而是要進(jìn)行頻率的變換。利用本機(jī)振蕩產(chǎn)生的頻率與外接收到的信號進(jìn)行混頻，輸出固定的中頻信號（AM的中頻為465kHz，F(xiàn)M的中頻為10.7MHz）。 圖8-36所示收音機(jī)的電路中，這部分電路有四個LC調(diào)諧回路，帶箭頭用虛線連在一起的四聯(lián)可變電容器Cl-1a、Cl-2a、Cl-3a、Cl-4a，其中Cl-1a、Cl-2a分別屬于調(diào)幅和調(diào)頻波段的輸入回路(選臺回路)，Cl-3a、Cl-4a屬于其本