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1、单元十角度调制电路课题：10.1 调角波的基本性质教学目的：1. 了解瞬时频率和瞬时相位2. 掌握调频波的基本性质3. 掌握调相波的基本性质教学重点：调频波的基本性质调相波的基本性质教学难点：调频波的基本性质调相波的基本性质教学方法：讲授课时：2 学时教学进程单元十角度调制电路10.1 调角波的基本性质角度调制可分为两种：一种是频率调制，简称调频（FM ） ；另一种是相位调制，简称调相（ PM ） 。角度调制和解调电路都属于频谱非线性变换电路。一、调频波的基本性质调频（ FM ） ：载波的幅度不变，而瞬时角频率WC（t ）随调制信号 u作线性变化。1. 数学表达式设载波为 uCUCmcoswC
2、t ；调制信号为 uUmcost 其瞬时角频率wC（t ）= wCkfUm cos t = wCwfmcost 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - wC：载波角频率，即调频波中心角频率kf：调频灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的频率变化，单位rad/s.V或 Hz/V wfm：调频波最大角频偏，表示FM波频率摆动的幅度，wfm= kfUmmf wfm/ = kf Um 调频系数，是调频时在载波信号的相位上附加的最大
3、相位偏移，单位为rad。则 uFM UCmcos （t ） = Ucmcos（ wCt+ mfsin t ）2. 波形如图 10-1 图 10-1 调频波波形3. 频谱如图 10-2 所示0uFM0ttmttC(t)uC00u名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图 10-2 调频波的频谱图4. 通频带当 m远小于 1 时： BW=2F （窄带调角信号）当 m远大于 1 时： BW 2mF=2 fm（宽带调角信号）5
4、. 功率关系在 Ucm一定时，调频波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，其值与mf无关。即：Po Ucm2 /2 二、调相波的基本性质调相（ PM ） ：载波的幅度不变，而瞬时相位C（t ）随调制信号 u作线性变化。1. 数学表达式其瞬时相位（t ）=wCt kpUm cos t = wCt+mpcost wC：载波角频率kp：调相灵敏度，表示单位调制信号幅度引起的相位变化，单位rad/V mp：调相系数，即最大相位偏移，表示PM波相位摆动的幅度， mp= kp Um单位为 rad。w （t ）=d（t ）/dt= wCmpsin t = wC wpmsin t )(2) 1(2mF
5、fFmBWcBWcBWcF FImf8F 2FImf4F 4FImf2BWBW名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - wpm：PM波最大角频偏wpm=mp=kp Um调相系数 mp= wpm / uPM UCmcos （t ） = Ucmcos（ wCt+ mpcost ）2. 波形如图 10-3 所示图 10-3 调相波波形3. 频谱如图 10-4 所示图 10-4 调相波频谱图4. 通频带0uPM0ttttCuC0
6、0ucBWBWccFFImp2F2FImp 2F4FImp 2BW名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 与调频时的计算方法致。这里就再讲了。5. 功率关系在 Ucm一定时，调相波的平均功率也就一定，且等于未调制时的载波功率，其值与mp无关。即：Po Ucm2 /2 三、调频波与调相波的比较调频信号与调相信号的相同之处在于：(1) 二者都是等幅信号。(2) 二者的频率和相位都随调制信号而变化, 均产生频偏与相偏。调频信
7、号与调相信号的区别在于：(1) 二者的频率和相位随调制信号变化的规律不一样, 但由于频率与相位是微积分关系 , 故二者是有密切联系的。(2) 从表 10.1 中可以看出 , 调频信号的调频指数Mf与调制频率有关 , 最大频偏与调制频率无关 , 而调相信号的最大频偏与调制频率有关, 调相指数 MP 与调制频率无关。(3) 从理论上讲 , 调频信号的最大角频偏 mc, 由于载频 c很高, 故m可以很大 , 即调制范围很大。由于相位以 2为周期 , 所以调相信号的最大相偏 ( 调相指数)Mf, 故调制范围很小。本课小结：表 10-1 调频与调相的参数比较名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -
8、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 1.讲解了调频波和调相波的数学表达式、波形、频谱、功率、带宽、功率关系等基本性质。2.对调频波与调相波进行了比较。本课作业：1.若调角波 u(t)=10cos （2p106t +10cos2000pt ）(V), 试确定 :(1) 最大频偏；(2) 最大相偏； (3) 信号带宽；(4) 此信号在单位电阻上的功率； (5) 能否确定这是 FM波还是 PM波? 2.设载频 fc 12MHz ，载波振幅 Ucm 5V，调制信号 u
9、(t)=1.5cos2103t，调频灵敏度 kf 25kHz/V，试求： （1）调频表达式； （2）调制信号频率和调频波中心频率；（3）最大频偏、调频系数和最大相偏； （4）调制信号频率减半时的最大频偏和相偏； （5）调制信号振幅加倍时的最大频偏和相偏。课题：10.2 调角电路教学目的：1. 掌握调频电路2. 掌握调频电路教学重点：直接调频电路调相电路教学难点：调相电路教学方法：讲授课时：2 学时教学进程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - -
10、 - - - - - - 10.2 调角电路一、调相电路1. 可变移相法调相电路可变移相法就是利用调制信号控制移相网络或谐振回路的电抗或电阻元件来实现调相。原理电路框图如图10-5 所示图 10-5 可变移相法调相框图可控相移网络的种类很多。最常用的是LC并联谐振回路。2. 可变时延法调相电路将载波信号通过一可控延时网络, 延时时间 受调制信号控制 , 即=kdu( t ) 则输出信号为u=Ucosc( t - )=U cosct - kdcu( t ) 由此可知 , 输出信号已变成调相信号了。其原理电路框图如图10-6 所示图 10-6 可变时延法调相框图二、调频电路1. 直接调频电路根据调
11、频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性, 可以将调制信号作为压控振荡器的控制电压, 使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化, 压控振荡器的中心频率即为载波频率。显然, 这是实现调频的最直接方法, 故称为直接调频。最常用的直接调频电路是变容二极管调频电路其原理图如图 10-7 所示晶体振荡器iC= Im0cosCt可控相移网络 (t) =kpuu (t)uPM晶 体振 荡器uC可 控时 延网 络uPMu名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 -
12、- - - - - - - - 图 10-7 变容二极管调频电路振荡频率可由回路电感L 和变容二极管结电容Cj所决定，即变容二极管结电容随调制信号电压变化规律，即式中， mc为变容管电容调制度； CjQ为 UQ处电容。则可得当=2时，可得到输出信号是一调频波。变容二极管直接调频动画演示请点击2. 间接调频电路间接调频的方法是： 先将调制信号 u积分，再加到调相器对载波信号调相，从而完成调频。因此, 将调制信号积分后调相, 是实现调频的另外一种方式, 称为间接调频。或者说, 间接调频是借用调相的方式来实现调频。原理框图如图 10-8 所示图 10-8 间接调频框图设调制信号 u=Um cos t
13、 经积分后得1jLC001(1cos)1(cos)(1)jjQjcQmVDmcVDQjjQQmCCCmtUUtUUmUUCCUU221( )(1cos)(1cos)cccjQtmtmtLC积分调相器uu ucuo( )sinmUuk ut dtkt名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 式中， k 为积分增益。用积分后的调制信号对载波uc(t)=Ucm cos ct 进行调相，则得三、扩展线性频偏的方法采用倍频和混频的
14、方法。设调频电路产生的单频调频信号的瞬时角频率为: 1=c+kfUm cos t=c+mcost 经过 n 倍频电路之后 , 瞬时角频率变成 : 2=nc+nmcost 可见 n倍频电路可将调频信号的载频和最大频偏同时扩大为原来的n倍, 但最大相对频偏仍保持不变。若将瞬时角频率为 2 的调频信号与固定角频率为3=(n+1) c的高频正弦信号进行混频, 4=3- 2=c-nmcost 可见混频能使调频信号最大频偏保持不变, 最大相对频偏发生变化。根据以上分析 , 由直接调频、 倍频和混频电路三者的组合可使产生的调频信号的载频不变 , 最大线性频偏扩大为原来的n 倍。本课小结：1.讲解可变移法和可
15、变时延法两种调相电路。2.讲解了直接调频和间接调频两种调频电路的工作原理及分析方法。3.讲解了采用倍频和混频等方法进行扩展线性频偏。本课作业：1.如下图所示的调频电路，组成无线话筒中的发射机，看图回答问题。（1） R5、R6 、R7的作用是什么。（2）振荡回路的组成元件有哪些？（3）VT1的作用是什么？（ 4）说明电路的工作原理。( )cos(sin)cos(sin),mcmcpcmcffmffpUu tUtk ktUtmtk Umkk k式中名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 2.一调频设备，采用间接调频电路。已知间接调频电路输出载波频率为200kHz，最大频偏为 25Hz。要求产生载波频率为91.2MHz ，最大频偏为 75kHz的调频波。试画出扩展最大频偏的框图。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -