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2、M）v数字调制（数字调制（ASK、FSK、PSK）v角度调制信号的表达式、波形和频谱图角度调制信号的表达式、波形和频谱图知识点：v 各类角度调制电路的特点、原理和分析方法各类角度调制电路的特点、原理和分析方法v 数字调制信号的基本原理数字调制信号的基本原理重点和难点任务任务8 8调频无线话筒的制作调频无线话筒的制作u 仿真目的仿真目的 4. 4.观察寄生调幅现象，了解观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。其产生及消除的方法。 1. 1.掌握变容二极管调频电路掌握变容二极管调频电路的原理。的原理。 3. 3.观察调频波波形，观察调观察调频波波形，观察调制信号振幅对频偏的影响。制信号振幅对频偏
3、的影响。 2. 2.了解调频电路的调制特性了解调频电路的调制特性及测量方法。及测量方法。调频波：调制信号设定为调频波：调制信号设定为 5kHz，从示波器上，从示波器上看到的调频波形的频偏明显变化，虽然幅度也有看到的调频波形的频偏明显变化，虽然幅度也有变化，但经限幅器处理后可得到幅度不变的调频变化，但经限幅器处理后可得到幅度不变的调频波。频率计显示载波信号频率为波。频率计显示载波信号频率为96.286kHz。调频。调频广播的载波频率范围是（广播的载波频率范围是（88108）MHz，低频调，低频调制信号最高为制信号最高为20kHz。 图图8-1所示为所示为FM调频信号调频信号调制电路图，图调制电路
4、图，图8-2 为为FM调频波信号波形图。调频波信号波形图。任务任务8 8调频无线话筒的制作调频无线话筒的制作u 仿真电路仿真电路打开Multisim软件，绘制图8-1电路，取名调频波信号电路。 图8-1 FM调频波信号调制电路图任务任务8 8调频无线话筒的制作调频无线话筒的制作u 绘制电路图绘制电路图任务任务8 8调频无线话筒的制作调频无线话筒的制作u 测试内容测试内容1. 测试变容二极管的测试变容二极管的静态调制特性，即拿掉静态调制特性，即拿掉U3，保留直流电压保留直流电压U1，观察，观察U3=0以及取其它值时振荡以及取其它值时振荡频率的变化，这时的振荡频率的变化，这时的振荡器属于压控振荡器
5、。器属于压控振荡器。2. 任务：观察调频任务：观察调频波波形。观察调制信号波波形。观察调制信号振幅对频偏的影响。观振幅对频偏的影响。观察寄生调幅现象。察寄生调幅现象。图8-2 FM调频波信号波形图任务任务8 8调频无线话筒的制作调频无线话筒的制作 角度调制是用调制信号控制载波信号的频率或相位来实现调制的。如果载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化则称频率调制（简称调频FM）。如果载波信号的瞬时相位随调制信号线性变化则称相位调制（简称调相PM）。由于调频或调相的结果都可以看作是载波瞬时总相位的变化，故又把调频FM和调相PM统称为角度调制。 与幅度调制不同，角度调制在频谱变换过程中，信号的频谱不再保
6、持调制信号的频谱结构，所以常把角度调制称为非线性调制，而把幅度调制称为线性调制。 角度调制信号与幅度调制信号相比，要占据更多的频带宽度。但角度调制信号具有较好的抗干扰能力。在不增加信号发射功率的前提下，用增加带宽的方法可以换取高质量通信信号。因此，角度调制在通信系统中得到广泛的应用。 知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理设载波信号表达式为 （8-1） Ucm为载波的振幅 ct+ 0为载波的瞬时相位 ，c为其角频率，是一常数。 0为载波的初相位，为简化分析，常令0 0。设单音频调制信号为 （8-2） 根据调频的定义，载波信号的瞬时频率随调制信号u(t)线性变化，可写出 （8-3）0( )
7、cos()ccmcu tUt知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理u 一、调频信号分析一、调频信号分析( )( )cftut( )ctFtUtUtumm2coscos)(Kf为与调频电路有关的比例常数，单位是rads.v 又称为调频灵敏度 (t)表示瞬时频率的线性变化部分，称为瞬时频偏，简称角频偏。用m表示其最大值，则 (8-4) m表示瞬时角频率偏离中心频率的c最大值。习惯上把最大频偏m称为频偏。根据瞬时相位与瞬时角频率的关系可知，对式(8-3)积分可得调频波的瞬时相位 (8-5) (8-6) 表示调频波瞬时相位与载波信号相位的偏移量，简称相移 。m a x( )mffmutkU知识链
8、接一角度调制原理知识链接一角度调制原理000( )( )( )( )tttfcfcftt dtutdttut dt0( )( )tfftutd t调频波的数学表达式为(8-7)以上分析表明，在调频时，瞬时角频率的变化与调制信号成线性关系，瞬时相位的变化与调制信号积分成线性关系。将式（8-2）分别代入式（8-3）、（8-5）、（8-7）得瞬时角频率 (8-8) 瞬时相位 (8-9)调频信号数学表达式 0cos( )cos( )tFMcmcfcmcfuUttUtu t dt知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理( )coscfmtk Utcoscmt ( )sinfmck Utttsincf
9、tmt (8-10) 式中， (8-11)为调频波的最大相移，又称调频指数。mf 值可大于1 。如图8-3所示，给出了调制信号、瞬时频偏、瞬时相偏、对应的波形图 。cos(sin)FMcmcfuUtmtfmmmfk UfmF知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理图8-3 调频信号的波形图根据调相波定义，载波信号的瞬时相位随调制信号 线性变化，即p(t) = ct+kpUmcost (8-13)式中， kp为与调相电路有关的比例常数，单位是radv 。令 p(t) = kpUmcost则表示瞬时相位中与调制信号成线性变化的部分，称为瞬时相位的相位偏移量，简称相移。用mp表示最大相移，则 m
10、p= kp| u(t) |max=kpUm (8-14)知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理u 二、调相信号分析二、调相信号分析称 mp 为调相波的调相指数根据瞬时频率和瞬时相位之间的关系可知，对式（4-33）两边求导，可得调相波的瞬时频率(8-15)调相波数学表达式为 (8-16) 将单音频调制信号分别代入式（8-12）、（8-14）、（8-15）得调相波。( )( )( )pcpdtduttkdtdt知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理cos( )pMcmcpuUtt cos( )cmcpUtk ut相移(8-17) 角频偏 (8-18) 调相信号另一数学表达式 (8-19
11、) ( )cosppmtk UtcosPmt( )sinpptmt cos(cos)pMcmcpuUtmt知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理图8-4 调相波的波形图知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理知识链接一角度调制原理以调频信号的数学表达式说明调角信号的频谱结构特点 （8-20）将上式展开为傅立叶级数，省略级数展开时所涉及的数学推导，可得到调频波的展开式： （8-21）cos(sin)FMcmcfuUtmtncfncmFMtnmJUtu)cos()()(知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性u 一、调角信号频谱及频带宽度一、调角信号频谱及频带宽
12、度知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性调频信号的频谱是以载频调频信号的频谱是以载频cc为中心，两边分为中心，两边分布着无数个边频分量。且当调制信号为单音频信布着无数个边频分量。且当调制信号为单音频信号时，和号时，和AMAM信号一样，只有上下两个边频。并且信号一样，只有上下两个边频。并且相邻边频的间隔为相邻边频的间隔为，如图，如图8-5(a)8-5(a)所示。所示。调频信号边频分量的幅值随调频信号边频分量的幅值随n的增加而减小。的增加而减小。在允许误差范围内，可以忽略在允许误差范围内，可以忽略n值高于某一数值值高于某一数值的谱线，即幅值较小的边频。因此可以把调频波的谱线，即幅值较小的边频
13、。因此可以把调频波的无限频宽看成有限频宽。的无限频宽看成有限频宽。根据调频指数大于根据调频指数大于1还是小于还是小于1，可以将调频，可以将调频分为窄带调频和宽带调频。分为窄带调频和宽带调频。图8-5 调频波频谱结构图知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性所谓窄带调频是指最大频偏小于基带频率所谓窄带调频是指最大频偏小于基带频率 所谓宽带调频是指最大频偏大于基带频率所谓宽带调频是指最大频偏大于基带频率 基于调频波频谱结构的特点，调角信号的有效频谱宽度，可由卡森基于调频波频谱结构的特点，调角信号的有效频谱宽度，可由卡森（Carson）公式给出：）公式给出：调频波调频波BWCR=2(mf+1)F
14、 （8-22）调相波调相波BWCR=2(mp+1)F （8-23） 知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性 由调频波和调相波的表达式可以看出，无论是调频或调相，都是使载波瞬时相位发生变化。说明二者之间可以相互转化的。 图8-6调频信号产生原理方框图知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性u 二、调频信号的产生方法二、调频信号的产生方法图8-7变容二极管符号和特性曲线图8-8 变容二极管直接调频原理图知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性1.1.直接调频法直接调频法图8-9 间接调频法原理框图知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性2. 2. 间接调频法间接调频法知识链接二角
15、度调制特性知识链接二角度调制特性u 三、调频电路识读三、调频电路识读产生调频信号的电路叫频率调制器，简称调频器 1.1.调频电路的质量指标调频电路的质量指标调制特性调制特性 调制灵敏度调制灵敏度 中心频率中心频率稳定度稳定度 频偏频偏 图8-10 变容二极管馈电电路知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性 图8-11 变容二极管馈电等效电路（a）直流馈电等效电流 (b) 调制信号馈电等效电路2. 2. 变容二极管调频电路变容二极管调频电路u（1）变容二极管馈电电路）变容二极管馈电电路 图8-12变容二极管直接调频电路知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性图8-13 变容二极管直接调频
16、交流等效电路u （2）变容二极管直接调频电路）变容二极管直接调频电路 图8-14 晶体振荡器直接调频电路知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性图8-15 交流等效电路u （3 3）晶体振荡器直接调频电路）晶体振荡器直接调频电路 图8-16变容二极管间接调频电路知识链接二角度调制特性知识链接二角度调制特性u（4 4）变容二极管间接调频）变容二极管间接调频 数字调制与模拟调制相比，无本质上的差异，区别仅在于调制信号一个是数字量，一个是模拟量。数字信号调制与模拟信号调制相比具有许多优点，例如抗干扰能力强，易于加密处理，便利于与计算机联网，利用计算机对数字信号进行存储、处理和交换等；同时利于设备
17、的集成化和微型化等。 数字调制也分为幅移键控调制（ASK）、频移键控调制（FSK）和相移键控调制（PSK）。上述三类调制也称幅移键控、移频键控和移相键控调制。幅移键控调制又分二进制幅移键控调制（2ASK）和多进制幅移键控调制（MASK）。类似地，频移键控调制也分二进制频移键控调制（2FSK）和多进制频移键控调制（MFSK），相移键控调制也分二进制相移键控调制(2PSK)和多进制相移键控调制（MPSK)。知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理u 一、数字信号调制特点一、数字信号调制特点表示数字基带信号常用两种方法： 一种是波形图法 ，另一种是数学表达式法。 由于数字基带信号可以是二
18、进制数，也可以是多进制数，不同进制所对应的信号波形是不相同的。这里仅以二进制数为例，说明如何用波形法表示数字基带信号。 知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理u 二、数字基带信号表示方法二、数字基带信号表示方法单极性波形和双极性波形 图8-17(a)所示的是用单极性波来表示二进制数，其特征是宽度为Tb的码位有两种状态，即低电平和高电平，高电平用平数字“1”表示，低电平用数字“0”表示；而且电压脉冲都是正的，这种二进制数的脉冲属单极性波。 图8-17(b)用正电平表示“1”，而负电平表示“0”，这种用正负两种脉冲表示二进制数的方法，称为双极性波。 知识链接三数字信号调制原理知识链接
19、三数字信号调制原理图8-17 二元信号波形以基带信号为单极性波时进行说明。定义函数式中Tb为脉冲宽度，上式表明只有自变量t在0tTb范围内时，g(t)才等于1，除此之外都等于零，可见g(t)描述的是一个1Tb之间的脉冲改变自变量，可以得到不同时刻的脉冲，例如g(t-Tb)表示的是Tb至2Tb之间的脉冲，g(t-3Tb)表示的是3Tb至4Tb之间的脉冲波。通过对函数g(t)分析可知，数字基带信号可以用数字序列an表示，则 （8-24） 知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理nbn)nTt (ga)t (S知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理式中式中：an 随机变量，
20、表示数字信息中两种状态， an取0或1。g(t) 基带信号码元波形，常见的有矩形脉冲、升余弦脉冲、钟形脉冲等；Tb 码元宽度。图8-18 函数g(t)表示脉冲波 1.相乘法相乘法相乘法就是将数字基带信号S(t)和载波信号输入乘法器相乘。图8-20为ASK信号产生的波形图。 知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理图8-19 相乘法产生ASK波方框图图8-20 相乘法产生ASK信号波形图u 三、幅移键控调制三、幅移键控调制(ASK)(ASK) 2.开关控制法开关控制法图8-21 开关控制法产生ASK信号方框图知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理二进制频率键控是用数字基
21、带信号的两种状态“0”和“1”去控制载波的频率。状态为“1”，载波频率为 f1 ，状态为“0”，载波的频率为 f2，产生FSK信号的原理如图8-23所示。 知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理图8-22 产生FSK信号原理方框图图8-23 FSK信号波形图u 四、频移键控调制四、频移键控调制(FSK)(FSK)1. 绝对调相（绝对调相（PSK）图8-24 产生PSK信号原理方框图图8-25 相乘法产生PSK信号原理方框图知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理u 五、相移键控调制五、相移键控调制(PSK)(PSK)p 开关控制法产生开关控制法产生PSK调制波的原理如
22、图调制波的原理如图8-26所示。所示。 图8-26 开关控制法产生PSK信号知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理 2. 相对调相相对调相(DPSK )所谓相对调相，是指各码元的载波相位不是以未调制的载波相位为基准，而是以相邻的前一个码元的载波相位为基准去确定后一个码元载波相位的取值。 知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理图8-27DPSK信号波形图0000图8-28 DPSK信号产生原理方框图 1. ASK信号调制电路信号调制电路图8-29 开关控制法产生ASK已调波知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理u 六、数字调制电路识读六、数字调制电路识读
23、图8-30 产生FSK信号直接调频电路知识链接三数字信号调制原理知识链接三数字信号调制原理 2. FSK信号调制电路信号调制电路技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试p 制作要求制作要求4.普通调频收音机接收，无线话筒天线为50cm长的导线3.发射半径：大于100米 4.5V电压2.工作电压：1.5V 9V 1.频率范围：80MHz103MHz （按电路图参数，只调整线圈匝距）技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试p 确定制作方案确定制作方案1.声电转换由驻极体话筒实现。2.调频电路由分立元件组成。1 驻极体话筒驻极体话筒（1） 主要特点 稳
24、定性好、频响较好、体积小、灵敏度高、成本低。（2） 电路符号、内部等效电路、外形端子及其使用方法如图8-31（a）（d）所示。图8-31 发射端示意图技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试p 驻极体话筒及原理介绍驻极体话筒及原理介绍2. 工作原理工作原理： 增强型无线话筒，调频工作方式，音质好，用普通的收音机即可收听。话筒把声音信号变为电信号后，先经一级音频电压放大再送调制级，这样可以拾取更远更微弱的声音。振荡调制后的高频信号再经一级调谐功率放大送天线发射，可使发射距离更远并减少手碰天线对电路的影响，减少谐波。按照本电路装好后，频率大概在83MHz左右，只需把线圈L的
25、匝距拨开一点，使其振荡频率工作在88MHz108MHz即可，就可以配合任何FM收音机接收到该调频信号，并从该调频信号中还原出声音信号。技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试图8-32 调频发射器电路原理图技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试p 调频发射器电路调频发射器电路单声道无线FM电路原理如图8-32所示，其工作原理如下 MIC先将自然界的声音信号变成音频电信号，经C2耦合给V1的基极进行调制，当有声音信号的时候，三极管的结电容会发生变化振荡频率发生变化，完成频率调制，即调频。再经C6耦合给高频调谐放大电路对已调制的高频信号放大，再通过
26、C12、L3和天线TX向外发射频率随声音信号变化而变化的高频电磁波。其中R1为话筒MIC的偏置电阻，一般在25.6选取。R4为集电极电阻。R5为基极电阻，给V1提供偏置电流。R6为发射极电阻，起稳定V1直流工作点的作用；V2、R7、R8、C4、C5、L1、C8、C7组成高频振荡电路，R7给V2基极提供偏流，C5和L1振荡回路，改变其值可以改变发射频率，C8为反馈电容，R8起稳定V2直流工作点作用，C7隔直流通交流电容；V3、R9、R10、L2、C10、C11组成高频功率放大电路。R9给功率管V3提供基极电流，C10和L2放大调谐回路，和振荡回路C5和L1调谐在同一频点时获得最大输出功率，发射距
27、离最远。 技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试p 制作要点制作要点 在动手焊接前请用万用表将各元件测量一下，做到心中有数，安装时请先装低矮和耐热的元件（如电阻、瓷介电容），然后再装大一点的元件，最后装怕热的元件（如三极管）。电阻的安装：请将电阻的阻值（参照本说明书的电阻值计算示意图）选择好后根据两孔的距离弯曲电阻脚可采用立式安装，高度要统一。瓷片电容和三极管的脚剪的长度要适中，不要剪得太短，也不要留得太长，它们不要超过话筒的高度。电解电容紧贴线路板立式安装焊接，太高会影响后盖的安装。 电阻瓷介电容电感线
28、圈三极管驻极体话筒电位器电解电容插针天线电源线。技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试图8-33 电路安装效果图1将天线改焊到C12右侧，断开驻极体话筒，打开电源开关，将收音机置于调频波段，用低频信号发生器输出1kHz的音频信号接到C1左侧。接通电源，调收音机选台旋钮及的匝间距离，使收音机在100MHz频率点声音最大，距离最远。2将天线改焊到天线输出焊盘上，断开低频信号发生器输出，接通驻极体话筒，打开电源，调使收音机声音最大，可使发射距离最远。技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试u 一、调试方法（用调频收音机接收进行调试）一、调试方法（用调
29、频收音机接收进行调试）技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试无线调频话筒常见故障有以下几个方面。1完全无声故障查找：（1）电源部分，检查电池极性不要装反，每节电池电压不能低于1.3V。（2）驻极体话筒极性是否接反了，与话筒外壳相连的极应接地线。（3）三极管型号与极性是否接错。（4）L1与L2、L3位置有没有装错，它直接影响调频的中心频率，偏移过大超出调频收音机的接收范围也会导致完全无声。无线话筒线圈L1匝间距离变近和换容量大一点的电容关联会使发射频率变低；要使发射频率变高，就需要采取相反的措施。和L1并联的电容变化范围不可以太大和太小，否则发射频率会偏到离谱，甚至不会
30、产生高频发射信号（不起振）。u 二、无线调频话筒故障分析二、无线调频话筒故障分析2收音机有受控的噪声，但是无话筒传出的语音声。这类故障说明高频振荡电路基本正常，通常是前级故障所致。首先要判断是无线话筒问题还是前级放大问题，可以用低频信号（1kHz）加到三极管V1的基极，再来缓慢调节调频收音机的频率旋钮，直到能接收到信号为止。3无线话筒传输距离不远的故障。如果你想要更远的传输距离，请给收音机和无线话筒增加更好的天线，并适当升高无线话筒的电源电压。调节无线话筒中的L2、L3匝间距离可以使距离会达到最远。选用灵敏度更高、选择性更强的高档收音机可以进行更远距离的接收。技能实训调频无线话筒的制作与测试技
31、能实训调频无线话筒的制作与测试p 无线调频话筒有哪些用途？无线调频话筒有哪些用途？1无线话筒：用户在唱歌、讲话或表演时可360度的任意转动和移动。2无线广播：老师讲课时可现场转播；也可以播放音乐、新闻、通知等。3无线叫卖器：在街上推销商品，用无线话筒叫卖有一定新颖性。4无线窃听器：具有一定隐蔽性和安全性，可在远处用收音耳机收听。5无线报警器：可实现一定距离无人值守，起防盗报警器作用。6无线电子门铃：利用无线传播门铃声音就可做成无线门铃。7无线电子乐器：将口琴、二胡、吉它等乐器声音用收音机接收再用放大器播出。8电子助听器：将声音放大后再送入耳机，可以有效改善聋人听力。9声控小彩灯：将大功率功放输
32、出端改接成6V、12V电灯泡，调节音量合适位置。 技能实训调频无线话筒的制作与测试技能实训调频无线话筒的制作与测试u1频率和相位间存在内在联系，调频时必调相，调相时必调频，频率和相位间存在内在联系，调频时必调相，调相时必调频，在模拟通信中主要采用调频。调频信号的调频指数在模拟通信中主要采用调频。调频信号的调频指数mf是最大频偏和调是最大频偏和调制信号频率的比值，调相信号的调相指数制信号频率的比值，调相信号的调相指数mp与调制信号的最大值成正与调制信号的最大值成正比。调角信号的频带宽度与调频或调相指数以及调制信号的最高频率比。调角信号的频带宽度与调频或调相指数以及调制信号的最高频率有关。调频信号
33、的产生方法有直接调频法和间接调频法。直接调频电有关。调频信号的产生方法有直接调频法和间接调频法。直接调频电路简单，频偏较大，但中心频率不稳。间接调频法频偏虽小但中心频路简单，频偏较大，但中心频率不稳。间接调频法频偏虽小但中心频率稳定。率稳定。u2现代通信技术主要采用数字信号调制技术，数字信号调制的三现代通信技术主要采用数字信号调制技术，数字信号调制的三种主要形式是幅移键控调制（种主要形式是幅移键控调制（ASK）、频移键控调制（）、频移键控调制（FSK）和相移）和相移键控调制（键控调制（PSK）。二进制幅移键控调制（）。二进制幅移键控调制（2ASK）实现方法有相乘法）实现方法有相乘法和开关控制法，频移键控调制（和开关控制法，频移键控调制（2FSK）信号中包含两种不同的频率成）信号中包含两种不同的频率成分，相移键控调制（分，相移键控调制（2PSK）信号又分为绝对调相（）信号又分为绝对调相（PSK）和相对调相）和相对调相(DPSK)两种。两种。任务任务8 8 小结小结