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1、通信电子电路1学习重点学习重点调频的概念、调频信号的基本性质及特点、调制方式的比较(着重调幅与调频)变容二极管调频电路电抗管调频电路晶体振荡器调频电路鉴频的概念相位鉴频器比例鉴频器第1页/共102页通信电子电路26.1 概述一、基本概念 角度调制或调角 频率调制或调频：FM(Frequency Modulation)振幅不变，瞬时频率随调制信号的振幅线性变化 相位调制或调相：PM(Phase Modulation)振幅不变，相位随调制信号的振幅线性变化 第2页/共102页通信电子电路3特点：角度调制具有抗干扰能力强和较高的载波功率利用系数等优点，但占有更宽的传送频带。解调鉴频 鉴相应用：调频主
2、要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等调相主要用于数字通信系统中的移相键控第3页/共102页通信电子电路4二、波形图频率高频率高频率低频率低随调制随调制信号的信号的振幅大振幅大小聚拢小聚拢或扩展或扩展调制波增大，调制波增大，调相波聚拢调相波聚拢调制波减小，调制波减小，调相波扩展调相波扩展与载波相似与载波相似第4页/共102页通信电子电路5三、频率变化与相位变化的关系 瞬时角频率瞬时相角(t)(t)用旋转矢量在横轴上的投影表示一个余弦信号第5页/共102页通信电子电路66.2 调角波的性质一、调频波的数学表达式 瞬时角频度按调制信号的振幅线性变化调频波的表达式瞬时相角频偏瞬时角频率偏移的最
3、大值调制指数瞬时相角偏移的最大值第6页/共102页通信电子电路7调制信号载波信号瞬时角频度频偏或频移调频波的表达式调频波的调制指数单频调频波的数学表达式瞬时相角第7页/共102页通信电子电路8调频波波形示意图第8页/共102页通信电子电路9二、调相波的数学表达式瞬时相角 按调制信号的振幅线性变化调相波的表达式瞬时角频率调制指数频偏第9页/共102页通信电子电路10单频调相波的数学表达式调制信号载波信号瞬时相角调相波的表达式瞬时角频率调相波的调制指数频偏第10页/共102页通信电子电路11调相波波形示意图第11页/共102页通信电子电路12三、调频与调相的比较第12页/共102页通信电子电路13
4、调制信号为单频余弦信号时调频与调相的比较第13页/共102页通信电子电路14信号波形比较第14页/共102页通信电子电路15两者的联系和区别 联系：调频波可看成调制信号为u(t)dt的调相波；调相波可看成调制信号为du(t)/dt的调频波。区别：调制指数FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成反比PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关最大频率偏移 FM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率无关PM：与调制信号的振幅成正比，与调制角频率成正比第15页/共102页通信电子电路16四、调角波的频谱1、频谱分析根据贝塞尔函数的性质可以得到第16页/共102页通信电子电路17载频载频第一对边
5、频第一对边频第二对边频第二对边频第三对边频第三对边频第17页/共102页通信电子电路182、频谱特点A、频谱结构 包含载波频率分量（但是幅度小于1，与mf 有关）及无穷多个边频分量；各边频分量之间的频率间隔为；各频率分量的幅度由贝塞尔函数Jn(mf)决定，载频分量并不总是最大，有时为零;奇次边频分量的相位相反。0.770.440.440.110.110.020.02第18页/共102页通信电子电路19B、频谱结构与调制指数的关系第19页/共102页通信电子电路20mf愈大，则具有一定幅度的边频数目愈多，频带愈宽。这是调频波频谱的主要特点。当mf值小(mf mf+1）时，贝塞尔函数Jn(mf)的
6、数值随着n的增加而迅速减小。这时（nmf+1）则可认为调频波所具有的频带宽度是近似有限的。频带宽度为：频带宽度比调幅波宽得多。只适用于频率较高的甚高频和超高频段中。窄带调频窄带调频宽带调频宽带调频恒定宽带恒定宽带调频调频第22页/共102页通信电子电路23调制信号频率不同时，调频、调相信号的频谱分布*对于调相波：频带宽度在调制信号频率的高端和低端相差 很大，对频带的利用很不经济。第23页/共102页通信电子电路24例调频波的幅度1V,频谱结构如图；调制信号u(t)=Umcost。求：1、调频波表示式uf(t)=cos(ct+mfsint)中的mf、c、；2、调频波的频带宽度Bf、调频波的最大频
7、偏f。0.260.490.490.310.310.040.340.340.130.130.04(MHZ)0.1解：查表得由图得第24页/共102页通信电子电路256.3 调频信号的产生一、调频方法 直接调频间接调频用调制电压直接去控制载频振荡器的频率（通过改变回路元件参数），以产生调频信号，振荡器的频率随调制信号线性变化。类型：变容二极管直接调频（最常用）电抗管直接调频晶体振荡器直接调频特点：易于得到比较大的频偏；但中心频率的 稳定度不易做得很高调频信号的产生通常采用直接调频法。保持振荡器的频率不变，用调制电压去改变载波输出的相位（调相），再由调相实现调频先对调制信号进行积分再进行调相 特点：
8、载波中心频率稳定度较好；但不能直接 获得较大的频偏。广泛运用在数字信号调制中。第25页/共102页通信电子电路26直接调频电路原理直接调频电路原理第26页/共102页通信电子电路27二、性能指标调制特性被调振荡器的频率偏移与调制电压的关系 表示为f/fc=f(u)调制灵敏度S调制电压变化单位数值所产生的振荡 频率偏移，表示为S=f/u最大频偏fm在调制电压作用下所能达到的最大频偏载波频率稳定度f/fc 时间间隔调频信号的瞬时频率以稳定的中心频率（载频）为基准变化。若中心频率不稳定，就有可能使调频信号的频谱落到接收机通带范围之外，以致不能保证正常通信。因此，对于调频电路，不仅要满足频偏的要求，而
9、且要使中心频率保持足够高的稳定度。第27页/共102页通信电子电路28三、技术要求频偏与调制信号保持良好的线性关系调制灵敏度尽量高频偏尽量大中心频率稳定度尽量高寄生调幅尽量小第28页/共102页通信电子电路296.4 调频电路一、变容二极管调频电路1、变容二极管2、变容二极管调频原理3、小频偏变容二极管调频器的分析 4、变容二极管调频电路优缺点二、电抗管直接调频电路三、晶体振荡器调频电路四、调相和间接调频电路第29页/共102页通信电子电路301、变容二极管电压控制可变电抗元件，利用半导体PN结的结电容随外 加反向电压变化的特性制成。A为与变容二极管所用半导体的性质相关的常数；n为电容变化系数
10、，是变容二极管的主要参数之一，取决于PN结的类型。n越大，电容变化量随偏压变化越显著。第30页/共102页通信电子电路31变容二极管符号表示第31页/共102页通信电子电路322、变容二极管调频原理第32页/共102页通信电子电路333、小频偏变容二极管调频器第33页/共102页通信电子电路34（1）变压二极管电容变化与调制电压的关系当U U时，可得变容二极管结电容（用Ct表示）未加调制电压时，变容二极管两端电压为U0。加单频余弦调制电压u后，两端电压为调制指数调制指数未加调制信号时的结电容未加调制信号时的结电容原理分析第34页/共102页通信电子电路35第35页/共102页通信电子电路36可
11、得变容二极管结电容（用Ct表示）第36页/共102页通信电子电路37（2）振荡回路总电容变化与调制电压的关系未加调制电压时，回路总电容为加调制电压后，回路总电容为回路总电容变化量为第37页/共102页通信电子电路38（3）总电容变化与频率变化的关系小频偏时，c，可得设未加调制信号时振荡电路的总电容为C0，加调制电压后为C=C0+C0，则，可得载频振荡角频率第38页/共102页通信电子电路39（4）振荡回路频偏变化与调制电压的关系第39页/共102页通信电子电路40中心频率相对于未调制时的载波频中心频率相对于未调制时的载波频率的偏移率的偏移引起中心频率不稳定引起中心频率不稳定与调制信号成线性关系
12、的偏移部分与调制信号成线性关系的偏移部分所需的部分所需的部分与调制信号的谐波成线性关系的偏与调制信号的谐波成线性关系的偏移部分移部分非线性失真非线性失真第40页/共102页通信电子电路41优点：电路简单，变容管本身体积小；工作频率高；易于获得较大的频偏。缺点：产生中心频率的偏移。由于偏置电压漂移、温度变化等会改变变容管呈现的电容，从而影响中心频率的稳定度等；在频偏较大时，非线性失真较大。解决措施：为了减小非线性失真，在小频偏变容管调频电路中，设法使变容管工作在n=1的区域；在大频偏变容管调频电路中，设法使变容管工作在n=2的区域;m值多取在0.5或0.5以下。4、变容二极管直接调频器的优缺点第
13、41页/共102页通信电子电路426.4 调频电路一、变容二极管调频电路二、电抗管直接调频电路1、电抗管及其调频原理2、晶体管等效电抗的推导3、四种电路形式及相对应的等效电抗三、晶体振荡器调频电路四、调相和间接调频电路第42页/共102页通信电子电路431、电抗管及其调频原理晶体管(或场效应管)+由电抗和电阻元件构成的移相网络当满足条件:|Z1|Z2|;IcmI1m时，加在该网络的高频电压和流入该网络的高频电流间的电位差为90，等效为一电抗，其大小与晶体管输入阻抗有关。电抗管一参量随调制信号变化的电抗元件（电感或电容）。iici1第43页/共102页通信电子电路442、晶体管电抗管的等效电抗(
14、1)等效电抗为一电容第44页/共102页通信电子电路45(2)等效电抗为一电感第45页/共102页通信电子电路46L L第46页/共102页通信电子电路473、四种电路形式及相对应的等效电抗第47页/共102页通信电子电路48电抗管调频电路第48页/共102页通信电子电路496.4 调频电路一、变容二极管调频电路二、电抗管直接调频电路三、晶体振荡器调频电路1、石英晶体振荡器变容管调频电路2、用型网络变换获得较大频偏四、调相和间接调频电路第49页/共102页通信电子电路501、石英晶体振荡器变容管调频电路第50页/共102页通信电子电路512、用型网络变换获得较大频偏第51页/共102页通信电子
15、电路526.4 调频电路一、变容二极管调频电路二、电抗管直接调频电路三、晶体振荡器调频电路四、调相和间接调频电路1、失谐法2、例第52页/共102页通信电子电路53间接调频原理第53页/共102页通信电子电路54调相法谐振回路或移相网络的调相法（失谐法）矢量合成调相法脉冲调相法利用并联谐振回路失谐时的相位频率特性实现调相第54页/共102页通信电子电路55不调制时，电容量为C0，电路谐振；调制时，电容量Cd受调制信号控制发生变化（Cd=C0+C），电路失谐。|0k2k1第75页/共102页通信电子电路76（2）电容耦合相位鉴频器第76页/共102页通信电子电路77三、鉴频器类型斜率鉴频器相位鉴
16、频器比例鉴频器第77页/共102页通信电子电路783、比例鉴频器同时具备鉴频和限幅功能第78页/共102页通信电子电路79比例鉴频器与相位鉴频器的比较第79页/共102页通信电子电路80比例鉴频器分析输出电压输出电压uM只取决只取决于两个检波器负载于两个检波器负载上的电压比上的电压比uo1/uo2比例比例鉴频器鉴频器第80页/共102页通信电子电路81比例鉴频器分析第81页/共102页通信电子电路82第六章 小结角度调制是载波的总相角随调制信号变化，分为调频和调相。调角波的频谱不是调制信号频谱的线性搬移，而是产生了无数个组合频率分量，为非线性调制。其频谱结构与调制指数m有关。角度调制信号包含的
17、频谱虽然是无限宽，但其能量集中在中心频率fc附近的一个有限频段内。其有效带宽可认为是B=2(fm+Fmax)。调角波的调制指数可表示为m=fm/F，但其中，调频波的mf与调制频率F成反比，而调相波的mp与F无关。调频波的频带宽度与F无关，近似为恒带调制，调相波的频带宽度随F而变化。调角波的平均功率与调制前的等幅载波功率相等。调制的作用仅是将原来的载频功率重新分配到各个边频上而总的功率不变。实现调频的方法有两类直接调频与间接调频。直接调频可获得大的频偏，但中心频率的频率稳定度低；间接调频中心频率稳定度高，但难以获得大的频偏，需采用多次倍频、混频加大频偏。鉴频的主要方法有斜率鉴频器、相位鉴频器、比
18、例鉴频器。第82页/共102页通信电子电路83 1.制作内容及要求 (1)用集成电路MC2833制作窄带调频器。(2)设计印刷板电路（利用Protel绘制电路板软件）。(3)调整机电路时，要确定最佳调制工作点。实例一：实例一：49.67MHz49.67MHz窄带调频窄带调频发射器的制作发射器的制作第83页/共102页通信电子电路84 2.制作原理 (1)49.67MHz窄带调频发射器是以Motorola公司推出的窄带调频发射集成电路MC2833为核心。该集成电路具有以下特点：工作电压范围宽为2.89.0。低功耗，当UCC=4.0V时，无信号调制时消耗的电流典型值为2.9mA。外围元器件很少。具
19、有60MHz的射频输出，典型运用频率49MHz左右。第84页/共102页通信电子电路85 (2)MC2833的引脚和内部功能框图见图6.35所示。MC2833的内部功能主要包括可压控的射频振荡器、音频电压放大器和辅助晶体管放大器等。(3)输入信号（语音信号）从引脚5输入，经过高增益运算放大电路后从引脚4输出，再加到引脚3，通过可变电抗控制振荡频率变化，在晶体直接调频工作方式下，产生2.5kHz左右频偏。第85页/共102页通信电子电路86图6.35 MC2833的引脚和内部功能框图第86页/共102页通信电子电路87 3.制作电路说明 (1)49.67MHz窄带调频发射器的典型电路见图6.36
20、。(2)引脚9处接输出负载回路，49.67MHz窄带调频信号通过拉杆天线辐射。(3)若要制作窄带调频接收，可采用MC3363类集成电路。参看实例二。第87页/共102页通信电子电路88 图6.36 49.67MHz窄带调频发射器第88页/共102页通信电子电路89实例二：实例二：49.67MHz49.67MHz窄带调频接收器的制作窄带调频接收器的制作 1.制作内容及要求 (1)用集成电路MC3363制作窄带调频接收器。(2)设计印刷板电路（利用Protel绘制电路板软件），印刷板上的元器件要合理安排，注意地线宽度，信号的走线要避免过长。第89页/共102页通信电子电路90 2.制作原理 (1)
21、49.67MHz窄带调频接收器是以Motorola公司推出的窄带调频接收集成电路MC3363为核心。该集成电路特点可查阅Motorola公司通信器件手册。(2)MC3363的引脚和内部功能框图见图6.37所示。MC3363的内部功能主要包括第一混频、第二混频、第一本振、第二本振、限幅中放、正交检波电路等。(3)引脚说明：第90页/共102页通信电子电路91图6.37 MC3363的引脚和内部功能框图第91页/共102页通信电子电路92引脚1 1stMixerInput 1st混频信号的输入引脚2 Base 基极（基带信号输入）引脚3 Emitter 发射极引脚4 Collector 集电极引脚
22、5 2ndLOEmitter 2ndLO发射极引脚6 2ndLOBase 2ndLO基极（基带信号输入）引脚7 2ndMixerOutput 混频信号的输出引脚8 VCC 电源电压，也用UCC表示引脚9 LimiterInput 限制输入（限幅输入端）第92页/共102页通信电子电路93引脚10 LimiterDecoupling 限制减弱引脚11 LimiterDecoupling 限制减弱引脚12 MeterDrive(RSSI)（米、公尺、计、表）驱动引脚13 CarrierDetect 载波检测引脚14 QuadratureCoil 积分环引脚15 MuteInput 弱音输入引脚16
23、 RecoveredAudio 音量调整引脚17 ComparatorInput 比较输入引脚18 ComparatorOutput 比较输出引脚19 Mute-Ouput 弱音输出第93页/共102页通信电子电路94引脚20 VEE 电源电压，也用UEE表示引脚21 2ndMixerInput 2nd混频信号的输入引脚22 2ndMixerInput 2nd混频信号的输入引脚23 1stMixeroutput 1st混频信号的输出引脚24 1stLOOutput 1stLO（本振）输出引脚25 1stLOTank 1stLO 接外部信号引脚26 1stLOTank 1stLO 接外部信号引脚
24、27 VaricapControl Varicap 控制引脚28 1stMixerInput 1st混频信号的输入第94页/共102页通信电子电路95 (4)49.67MHz窄带调频接收器的典型电路见图6.38。3.制作电路说明 对于MC3363集成电路来说，在信噪失真比（SINAD）为12dB时，具有优于0.3V的灵敏度。信噪失真比的意义(简称信纳比)为 第95页/共102页通信电子电路96 图6.38 49.67MHz窄带调频接受机第96页/共102页通信电子电路97有关贝塞尔函数1、Jn(x)的表达式2、Jn(x)的曲线第97页/共102页通信电子电路983、Jn(x)的数值表第98页/
25、共102页通信电子电路994、Jn(x)数值的确定方法1)1)查曲线：给出阶数n和x后，直接在贝塞尔函数曲线上查值。数值不精确。2)2)查表：根据阶数n和x，直接查表。方便，且数值精确。3)3)计算：根据阶数n和x，直接用公式进行计算。计算繁杂，但数值精确。第99页/共102页通信电子电路1005、Jn(mf)的性质（1）随着mf 的增加，Jn(mf)近似周期性地变化，且其峰值下降。（4）（5）对于某一固定的mf，有如下近似关系：当nmf+1时，Jn(mf)0（3）J-n(mf)=(-1)nJn(mf)（6）当mf很小时：J0(mf)1，J1(mf)0.5mf，Jn(mf)=0（n1）（2）n，Jn(mf)0第100页/共102页通信电子电路1016、数学公式 在此基础上，将cos(xsin)、sin(xcos)展开为傅立叶级数有如下形式。第101页/共102页感谢您的观看。第102页/共102页