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1、6.1 6.1 引引 言言6.2 6.2 调角波的性质调角波的性质6.3 6.3 调频信号的产生调频信号的产生6.4 6.4 调频电路调频电路6.5 6.5 调频信号的解调调频信号的解调6.6 6.6 限幅器限幅器6.7 6.7 调制方式的比较调制方式的比较6.8 6.8 集成调频、鉴频电路芯片介绍集成调频、鉴频电路芯片介绍本章内容本章内容本章重点与难点本章重点与难点（一）本章重点（一）本章重点 1 1）调频的概念以及调频信号的基本性质及特点）调频的概念以及调频信号的基本性质及特点 2 2）变容二极管调频电路及典型电路分析；）变容二极管调频电路及典型电路分析；3 3）晶体振荡器调频电路；）晶体
2、振荡器调频电路；4 4）调频信号的产生及调频波的频谱；）调频信号的产生及调频波的频谱；5 5）鉴频的概念，相位、比例鉴频器。）鉴频的概念，相位、比例鉴频器。（二）本章难点（二）本章难点 1 1）调相的概念与调相波形）调相的概念与调相波形 2 2）相位鉴频器）相位鉴频器6.1引引言言频率调制或调频：频率调制或调频：在调制中，载波信号的频率随调制信号而变称在调制中，载波信号的频率随调制信号而变称为频率调制或调为频率调制或调频，用频，用FM（FrequencyModulation）表示。）表示。相位调制或调相：相位调制或调相：载波信号的相位随调制信号而变，称为相位调载波信号的相位随调制信号而变，称为
3、相位调制或调相，用制或调相，用PM（PhaseModulation）表示。）表示。角度调制和调角：角度调制和调角：在调频、调相过程中，载波信号的幅度都保持在调频、调相过程中，载波信号的幅度都保持不变，而频率的不变，而频率的变化和相位的变化都表现为相角变化和相位的变化都表现为相角的变化，因此，把调频和调相的变化，因此，把调频和调相统称为角度调制和统称为角度调制和调角。调角。对图形的说明：对图形的说明：略。略。调频与调相的关系：调频与调相的关系：调制信号为单一频率信号：调制信号为单一频率信号：u(t)=Ucost，高频载波信号：高频载波信号：um=Umcos（ct）一个固定频率的等幅载波一个固定频
4、率的等幅载波 载波信号的幅度；载波信号的幅度；载波信号的角频率；载波信号的角频率；载波信号的初相角。载波信号的初相角。在时间间隔在时间间隔 内，内，相角改变相角改变 ，当当t t足够小时，角频率就是足够小时，角频率就是 调频信号的瞬时角频率为调频信号的瞬时角频率为：调相信号的瞬时相位为调相信号的瞬时相位为：相位与频率的关系：相位与频率的关系：调频信号的瞬时相位为调频信号的瞬时相位为：调频信号和调相信号的表达式为：调频信号和调相信号的表达式为：结论：结论：无论角频率的变化或相位的变化都可以归结为无论角频率的变化或相位的变化都可以归结为载波角度载波角度的变化，这正是调频与调相统称的变化，这正是调频
5、与调相统称“角度角度调调制制”的原因。的原因。6.2调角波的性质调角波的性质6.2.1调频及其数学表达式调频及其数学表达式设调制信号为：设调制信号为：u(t)=Ucost载波信号：载波信号：uC=Umcosct 注意：注意：调频时，载波信号的瞬时频率随调制信号呈调频时，载波信号的瞬时频率随调制信号呈线性变化，比例系数是线性变化，比例系数是kf：最大频偏最大频偏：的最大值，用的最大值，用表示：表示：载波角频率载波角频率由调制信号由调制信号所决定的角频率偏移所决定的角频率偏移,称称频偏或频移，频偏或频移，与与成正比，即成正比，即单音调制时，对于调频信号：单音调制时，对于调频信号：调频波的表达式：调
6、频波的表达式：假定初相角假定初相角时，则得时，则得：叫叫调频波的调制指数，以符号调频波的调制指数，以符号mf 表示表示 它是最大频偏与调制信号角频率之比。它是最大频偏与调制信号角频率之比。mf 值可值可以大于以大于1 1（这与调幅波不同，调幅指数总是小于这与调幅波不同，调幅指数总是小于1 1的）。所以调频波的数学表达式为的）。所以调频波的数学表达式为 若若图图6-3 6-3 调频波的波形示意图调频波的波形示意图图图6-4 6-4 调相波的波形示意图调相波的波形示意图分析调频波图形：分析调频波图形：6.2.2调相及其数学表达式调相及其数学表达式对于调相波，其瞬时相位除了原来的载波相位对于调相波，
7、其瞬时相位除了原来的载波相位（wct+）外，又附）外，又附加了一个变化部分加了一个变化部分(t)，这这个变化部分与调制信号成比例关个变化部分与调制信号成比例关系，因此总的相系，因此总的相角可表示为角可表示为:载载波的初相位；波的初相位；载载波信号的相位波信号的相位比例系数。比例系数。是由调制信号所引起的相角偏移，称为相偏或相移。是由调制信号所引起的相角偏移，称为相偏或相移。在单音调制时，在单音调制时，的最大值的最大值称为调相指数。称为调相指数。以符号以符号 mp 表示，即表示，即将式代入式将式代入式 调频信号和调相信号的比较：调频信号和调相信号的比较：略。略。说说明明:调调相信号的相角在相信号
8、的相角在载载波相位波相位的基础上，的基础上，又增加了一项按余弦规律变化部分。又增加了一项按余弦规律变化部分。图图6-3 6-3 调频波的波形示意图调频波的波形示意图图图6-4 6-4 调相波的波形示意图调相波的波形示意图1)1)2)调制指数调制指数调频时调制指数，调频时调制指数，与调制信号的振幅成正与调制信号的振幅成正比，而与调制频率成反比，而与调制频率成反比。比。调相时调制指数，它与调相时调制指数，它与调制信号的振幅成正比，调制信号的振幅成正比，而与调制频率无关。而与调制频率无关。调调制信号按余弦制信号按余弦规规律律变变化化时时，两者在相位上相差，两者在相位上相差90 6.2.3调频与调相的
9、关系调频与调相的关系3)3)最大频率偏移的比较最大频率偏移的比较 调频时，它的最大频偏调频时，它的最大频偏 与调制与调制信号的振幅成正比，而与调制信号频率无关。信号的振幅成正比，而与调制信号频率无关。调相时的最大频偏调相时的最大频偏 不仅与调制信号的振幅成正比，而且还和调制不仅与调制信号的振幅成正比，而且还和调制信号的角频率成正比。信号的角频率成正比。调相时，因调相波相位变化，必然产生频率变调相时，因调相波相位变化，必然产生频率变化。此时角频率的瞬时值为化。此时角频率的瞬时值为是调相时的最大频率偏移，它不仅与调制信号是调相时的最大频率偏移，它不仅与调制信号的振幅成正比，而且还和调制信号的角频率
10、成正比。的振幅成正比，而且还和调制信号的角频率成正比。当当一定时一定时,和和m随随的变化规律如的变化规律如图图所示。所示。6.2.4调角波的频谱调角波的频谱具有以下特性具有以下特性:Jn(mf)=J-n(mf)，n为为偶偶数数Jn(mf)=-J-n(mf)，n为奇数为奇数结论：结论：6.2.5调角信号的频带宽度调角信号的频带宽度理论上理论上:调角信号的边频分量是无限多的，即它的频谱调角信号的边频分量是无限多的，即它的频谱是无限宽。是无限宽。实际上实际上:已调信号的能量绝大部分是集中在载频附近的已调信号的能量绝大部分是集中在载频附近的一些边频分量上，从某一边频起，它的幅度便非常一些边频分量上，从
11、某一边频起，它的幅度便非常小（工程上习惯，凡是振幅小于载波振幅的小（工程上习惯，凡是振幅小于载波振幅的10%的的边频分量可以忽略不计）。边频分量可以忽略不计）。贝塞尔函数的特点：贝塞尔函数的特点：阶数阶数时，贝塞尔函数时，贝塞尔函数的数值的数值(n的增加的增加)。阶数阶数时，时，所以，实际上我们可以认为有效的高低边频的总数所以，实际上我们可以认为有效的高低边频的总数等于等于个。个。(适用于适用于mf1的情况，的情况，也就是宽带调频也就是宽带调频)对于对于mf1/2。注意：注意：n值越大，电容变化量随偏压变化越显著。值越大，电容变化量随偏压变化越显著。由于变容二极管接在振荡器回路中，其结电由于变
12、容二极管接在振荡器回路中，其结电容成为回路电容的一部分。容成为回路电容的一部分。当调制电压加在变容二极管上当调制电压加在变容二极管上使加在变容二极管上的反向电压受使加在变容二极管上的反向电压受u控制控制从而使得变容二极管的结电容受从而使得变容二极管的结电容受u控制控制则回路总电容则回路总电容C也要受也要受u控制控制最后使得振荡器的振荡频率受最后使得振荡器的振荡频率受u控制，即瞬时控制，即瞬时频率随频率随u的变化而变化。的变化而变化。变容二极管调频原理变容二极管调频原理 此电容此电容C 由两部分组成，一部分是由两部分组成，一部分是 为固定值；另一部分是为固定值；另一部分是 为变化为变化值值 ，是
13、变化部分的幅度，则有是变化部分的幅度，则有 在在fc时时，Uo1Uo2，Uo为正值；为正值；f fc时时，Uo1 Uo2 Uo 0当当 时，时，Uo1 Uo2 Uo 0 图图6-33 6-33 耦合系数耦合系数K K对对S S曲线的影响曲线的影响 图图6-346-34品质因数品质因数Q对对S S曲线的影响曲线的影响 上述关系用曲线表示出来，与图上述关系用曲线表示出来，与图6-296-29相似，也呈相似，也呈S形，形，S曲线表示了鉴频特性。曲线表示了鉴频特性。曲线表示了鉴频特性。经包络检波器输出为：经包络检波器输出为：注意：注意：与与f成成线线性关系，故能完成解性关系，故能完成解调调。6.5.4
14、比例鉴频器比例鉴频器相位鉴频时相位鉴频时:在它的前级必须加限幅器，以去掉调频波的寄生调幅。在它的前级必须加限幅器，以去掉调频波的寄生调幅。比例鉴频器比例鉴频器:限幅功能限幅功能与相位鉴频器有以下几点不同：与相位鉴频器有以下几点不同：1一个二极管一个二极管V1反接，反接，2有一个大电容量有一个大电容量C5跨接在电阻（跨接在电阻（R3+R4）两端，）两端，3检波电阻中点和检波电容中点断开，输出电压取检波电阻中点和检波电容中点断开，输出电压取自自M、E两端，而不是取自两端，而不是取自F、G两端。在负载两端。在负载电阻电阻RL中，中，C3和和C4放电电流的方相反放电电流的方相反,因而起因而起到了差动输
15、出的作用。到了差动输出的作用。注意：注意：从频率变化转换成幅度变化的过程与相位鉴从频率变化转换成幅度变化的过程与相位鉴频器相同。频器相同。现在着重分析两个问题：现在着重分析两个问题：为什么检波器输出，可反映频率的变化。为什么检波器输出，可反映频率的变化。为什么这种电路具有限幅作用。为什么这种电路具有限幅作用。分析：分析：V1检波检波C3UO1V2检波检波C4UO2UC=UO1+UO2UC=UO1+UO2注意：注意：由于由于C5很大，其放电时间常数很大，其放电时间常数C5(R3+R4)很很大。在音频一周内，大。在音频一周内，C5上电压可以认为是恒定上电压可以认为是恒定的，并且不会因输入信号幅度瞬
16、时的变化而变化。的，并且不会因输入信号幅度瞬时的变化而变化。R3=R4故：故：UF=+UC/2UG=-UC/2输出电压的大小为：输出电压的大小为：UME=-UO2+UC/2=UO1-(UO1+UO2)/2=(UO1UO2)/2=d(Ud1Ud2)/2结论：结论：与相位鉴频比较可知，完成了频率变化转换成与相位鉴频比较可知，完成了频率变化转换成幅度变化的过程幅度变化的过程由此可分析出由此可分析出相位鉴频器的相位鉴频器的限幅原理。限幅原理。6.6限幅器限幅器6.6.1概述概述在传输过程中，由于各种干扰的影响，将使调频信在传输过程中，由于各种干扰的影响，将使调频信号产生寄生调幅。这种带有寄生调幅的调频
17、信号通过鉴频号产生寄生调幅。这种带有寄生调幅的调频信号通过鉴频器（比例鉴频器除外），使输出电压产生了不需要的幅度器（比例鉴频器除外），使输出电压产生了不需要的幅度变化，因而造成失真，使通信质量降低。变化，因而造成失真，使通信质量降低。解决办法：解决办法：为了消除寄生调幅的影响，在鉴频器（比例鉴频器除为了消除寄生调幅的影响，在鉴频器（比例鉴频器除外）前可加一级限幅器。对限幅器的要求是在消除寄生调外）前可加一级限幅器。对限幅器的要求是在消除寄生调幅时，不改变调频信号的频率变化规律。幅时，不改变调频信号的频率变化规律。注意：注意：限幅过程是一个非线性过程，在输出信号中必限幅过程是一个非线性过程，在输
18、出信号中必然产生许多新然产生许多新的频率成分。的频率成分。解决办法：解决办法：用谐振回路或其它形式的带通滤波器将不需要用谐振回路或其它形式的带通滤波器将不需要的频率成分滤掉，以得到恒定振幅的调频正弦波。的频率成分滤掉，以得到恒定振幅的调频正弦波。结论：结论：限幅器通常由非线性元件和谐振回路所组成，限幅器通常由非线性元件和谐振回路所组成，当带有寄生限幅的调频信号通过非线形元件后，便当带有寄生限幅的调频信号通过非线形元件后，便削去了幅度变化部分；但此时波形产生了失真，即削去了幅度变化部分；但此时波形产生了失真，即有新的频率成分出现，有新的频率成分出现，就靠谐振回路来滤除。就靠谐振回路来滤除。限幅特
19、性曲线：限幅特性曲线：工作原理：工作原理：略。略。6.6.2二极管限幅器二极管限幅器工作原理工作原理:当输入信号小时，谐振电路电压低，如果其幅值小于当输入信号小时，谐振电路电压低，如果其幅值小于二极管的正向导通电压，则二极管相当于开路，对放大输二极管的正向导通电压，则二极管相当于开路，对放大输出不影响。如果信号有足够大，谐振电路电压高，则两个出不影响。如果信号有足够大，谐振电路电压高，则两个二极管在副半周的部分时间内交替导通。二极管在副半周的部分时间内交替导通。因为二极管的正向电阻随所加的电压而变，电压越因为二极管的正向电阻随所加的电压而变，电压越大则正向电阻越小，故信号越大，二极管内阻越小，
20、大则正向电阻越小，故信号越大，二极管内阻越小，使谐振电路使谐振电路Q值下降，从而起到阻止输出增大的作值下降，从而起到阻止输出增大的作用。谐振电路电压增幅将限制在二极管正向电压范用。谐振电路电压增幅将限制在二极管正向电压范围内。例如若是硅管，则谐振电路的电压幅值约为围内。例如若是硅管，则谐振电路的电压幅值约为0.7V。图（图（b）:略略。6.6.3晶体管限幅器晶体管限幅器利用三极管作消波元件组成的限幅电路，如利用三极管作消波元件组成的限幅电路，如图图所示。从形式上所示。从形式上看，它与一般的调谐放大器没有看，它与一般的调谐放大器没有什么区别，但其工作状态却有什么区别，但其工作状态却有别与调谐放大
21、器。别与调谐放大器。在输入信号较小时，限幅器处于放大状态，起在输入信号较小时，限幅器处于放大状态，起普通中频放大器普通中频放大器的作用，当输入信号加大时，工的作用，当输入信号加大时，工作到截止和饱和区域，并且让作到截止和饱和区域，并且让截止和饱和时间基截止和饱和时间基本相同，但可起到限幅的作用。本相同，但可起到限幅的作用。6.7调制方式的比较调制方式的比较调频和调幅的比较。调频和调幅的比较。一、抗干扰性能一、抗干扰性能二、占用频带的宽度二、占用频带的宽度三、发射机所需的功率和耗电量三、发射机所需的功率和耗电量四、在煤矿移动设备的通信或控制中，由于传输距四、在煤矿移动设备的通信或控制中，由于传输距离差别悬殊，接离差别悬殊，接收到的信号强度也差别悬殊。收到的信号强度也差别悬殊。