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1、College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 高频高频电子电子线路线路第第20讲讲 角度调制角度调制第第8章章 角度调制与解调角度调制与解调College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.3.1 8.3.1 直接调频原理直接调频原理8.3.2 8.3.2 间接调频原理间接调频原理8.3 8.3 调频方法概述调频方法概述College of Electrical and Information Engineeri
2、ng 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 产生调频信号的电路叫做产生调频信号的电路叫做调频器调频器。产生调频信号主要有两类：产生调频信号主要有两类：第一类第一类:用用调制信号调制信号直接控制直接控制载波的瞬时频率载波的瞬时频率直接直接调频调频。第二类第二类:由由调相变调频调相变调频间接调频间接调频。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 直接调频的基本原理：用直接调频的基本原理：用调制信号直接线性地改调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率变载波振荡的瞬时频率，使它不失真地反映调制信号使它不失真
3、地反映调制信号的变化规律的变化规律。8.3.1 8.3.1 直接调频原理直接调频原理 凡是能直接影响振荡频率的元件或参数，只要用凡是能直接影响振荡频率的元件或参数，只要用调制信号去控制，使振荡频率的变化量能随调制信号调制信号去控制，使振荡频率的变化量能随调制信号而线形变化，都可以完成直接调频的任务。而线形变化，都可以完成直接调频的任务。在正弦波振荡器中，由于振荡频率主要取决于在正弦波振荡器中，由于振荡频率主要取决于振荡回路的振荡回路的电感电感量和量和电容电容量，所以在振荡回路中接入量，所以在振荡回路中接入可控电抗器可控电抗器，就可以实现直接调频。，就可以实现直接调频。特点：特点：原理简单，频偏
4、较大，中心频率不易稳定原理简单，频偏较大，中心频率不易稳定College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 可控电抗器可控电抗器的种类的种类:声波控制的声波控制的电容式话筒电容式话筒或或驻极体驻极体话筒话筒、电压控制的电压控制的变容二极管变容二极管和和电抗管电抗管、电流控制的、电流控制的可变电感可变电感等。等。只要将可控电抗器接入振荡器的振荡回路，就只要将可控电抗器接入振荡器的振荡回路，就能利用振荡器产生调频波。能利用振荡器产生调频波。驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能驻极体话筒具有体积小、结构简单、
5、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。电压。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 瞬时相位瞬时相位瞬时频率瞬时频率8.3
6、.2 8.3.2 间接调频原理间接调频原理特点：特点：载波中心频率的稳定性可以做得较高，但可能得载波中心频率的稳定性可以做得较高，但可能得到的最大频偏较小。到的最大频偏较小。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 调频器调频器四个主要要求：四个主要要求：（1）已调波的瞬时频率已调波的瞬时频率与与调制信号调制信号成比例地变化成比例地变化。这。这是基本要求。频偏尽量大。是基本要求。频偏尽量大。（2）未调制时的）未调制时的载波频率载波频率，即已调波的，即已调波的中心频率中心频率具有具有一定的一定的稳定度
7、稳定度（视应用场合不同而有不同的要求）。（视应用场合不同而有不同的要求）。（3）最大频移与调制频率无关。）最大频移与调制频率无关。（4）无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。）无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.4.1 8.4.1 基本原理基本原理8.4.2 8.4.2 电路分析电路分析8.4 8.4 变容二极管调频变容二极管调频College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 主
8、要优点：主要优点：能够获得能够获得较大的频移较大的频移（相对于间接调频而（相对于间接调频而言），线路言），线路简单简单，并且几乎不需要调制功率。，并且几乎不需要调制功率。主要缺点：主要缺点：中心频率稳定度低中心频率稳定度低。应用范围：在移动通信以及自动频率微调系统中。应用范围：在移动通信以及自动频率微调系统中。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 变容二极管变容二极管是一种是一种电压控制可变电抗元件电压控制可变电抗元件，是是利用半利用半导体导体PNPN结的结的结电容随反向电压变化结电容随反向电压
9、变化这一特性而制成的一这一特性而制成的一种半导体二极管。种半导体二极管。结电容结电容C Cj j与与反向电压反向电压v vR R有如下关系：有如下关系：反向电压反向电压Cj0：时的电容值（零偏置电容）时的电容值（零偏置电容）反向偏置电压，反向偏置电压，VD：PN结势垒电位差。结势垒电位差。：结电容变化指数结电容变化指数，通常，通常=1/21/3，经特殊工艺制成的，经特殊工艺制成的超超突变结突变结电容电容=158.4.1 8.4.1 基本原理基本原理College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 C j Q
10、C jvRV0其中：其中：为为静态工作点的结电容静态工作点的结电容。8.4.1 8.4.1 基本原理基本原理College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.4.1 8.4.1 用调制信号控制变容二极管结电容用调制信号控制变容二极管结电容用调制信号控制变容二极管结电容用调制信号控制变容二极管结电容8.4.1 8.4.1 基本原理基本原理College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 理想线性调制条件理想线
11、性调制条件小频偏条件下，近似线性。小频偏条件下，近似线性。8.4.1 8.4.1 基本原理基本原理College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 Cc c是变容管与是变容管与L Ll lC C1 1回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的回路之间的耦合电容，同时起到隔直流的作用；作用；C为对直流电压的旁路电容；为对直流电压的旁路电容；L2是高频扼流圈，但让调制是高频扼流圈，但让调制信号通过。它的作用都是将振荡回路和变容管的控制电路隔离防信号通过。它的作用都是将振荡回路和变容管的控制电路隔离防止它们之间的相互影
12、响。止它们之间的相互影响。等效的振荡回路可画成右图，主等效的振荡回路可画成右图，主体是体是LC互感耦合正弦振荡电路。互感耦合正弦振荡电路。图图图图 8.4.2 8.4.2 变容二极管调频电路变容二极管调频电路变容二极管调频电路变容二极管调频电路图图图图 8.4.3 8.4.3 振荡回路的等效电路振荡回路的等效电路振荡回路的等效电路振荡回路的等效电路8.4.2 8.4.2 电路分析电路分析College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.4.4 90MHz8.4.4 90MHz直接调频电路及其高
13、频通路直接调频电路及其高频通路直接调频电路及其高频通路直接调频电路及其高频通路举例：举例：8.4.2 8.4.2 电路分析电路分析College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 实验六图实验六图College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 直接调频的主要优点是可以获得较大的频偏，但是直接调频的主要优点是可以获得较大的频偏，但是中心频率的稳定性（主要是长期稳定性）较差。中心频率的稳定性（主要是长期稳定性）较差。如何稳
14、定调频波的中心频率？如何稳定调频波的中心频率？1、用、用晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频；2、采用、采用自动频率控制电路自动频率控制电路；3、利用、利用锁相环锁相环稳频稳频8.5 8.5 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 稳定中心频率可以采用对石英晶体振荡器进行直接调稳定中心频率可以采用对石英晶体振荡器进行直接调频。频。变容二极管接入振荡回路有两种方式。变容二极管接入振荡回路有两种方式。一种是与石英晶体相一种是与石英晶体相串联串联，另一种是与石英晶体相
15、另一种是与石英晶体相并联并联。变容二极管与晶体并联连接方式有一个较大的缺点，变容二极管与晶体并联连接方式有一个较大的缺点，就是变容管参数的不稳定性直接严重地影响调频信号中就是变容管参数的不稳定性直接严重地影响调频信号中心频率的稳定度。心频率的稳定度。因而用得比较广泛的还是变容管与石因而用得比较广泛的还是变容管与石英晶体相串联的方式英晶体相串联的方式。8.5 8.5 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.5.1 8.5.1 变容管与晶体的两种连接方
16、式及其电抗曲线变容管与晶体的两种连接方式及其电抗曲线变容管与晶体的两种连接方式及其电抗曲线变容管与晶体的两种连接方式及其电抗曲线8.5 8.5 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.5.2 8.5.2 晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路Pierce Oscillators (cb)型振荡器型振荡器 8.5 8.5 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频College of Electrical
17、and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.5.3 8.5.3 晶体振荡器的变容管直接调频电路晶体振荡器的变容管直接调频电路晶体振荡器的变容管直接调频电路晶体振荡器的变容管直接调频电路应用举例：应用举例：调调制制信信号号Pierce 型振荡器型振荡器 调制信号放大调制信号放大 8.5 8.5 晶体振荡器直接调频晶体振荡器直接调频College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法8.6.2 8.6.2
18、间接调频的实现间接调频的实现8.6 8.6 间接调频间接调频:由调相实现调频由调相实现调频College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 高稳定度高稳定度载波振荡器载波振荡器 相位相位调制器调制器积分积分 电路电路多级倍频多级倍频和混频器和混频器宽带宽带 窄带窄带 采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再采用高稳定度的晶体振荡器作为主振级，然后再对这个稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得到对这个稳定的载频信号进行调相，这样一来就可得到中心频率稳定度高中心频率稳定度高的调频信号。的调频信号。Colleg
19、e of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 调相的方法通常有三类：一类是用调相的方法通常有三类：一类是用调制信号调制信号控制谐振回路或控制谐振回路或移相网络移相网络的电抗或电阻元件以实现调相。第二类是矢量合成法调的电抗或电阻元件以实现调相。第二类是矢量合成法调相。第三类是脉冲调相。相。第三类是脉冲调相。1）谐振回路或移相网络的调相方法）谐振回路或移相网络的调相方法（1）利用谐振回路调相）利用谐振回路调相8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Informat
20、ion Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 （1）利用谐振回路调相）利用谐振回路调相ff0一般当一般当 时，则有：时，则有：如果设如果设CCj，则，则所以回路的谐振频率：所以回路的谐振频率：而回路频率的频偏移为而回路频率的频偏移为:所以：所以：8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 （2）利用移相网络调相）利用移相网络调相图图图图 8.6.1 8.6.1 RCRC移相网络移相网络移相网络移相网络8.6.1 8.6.1 调相的方法
21、调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.6.2 8.6.2 RCRC移相网络矢量图移相网络矢量图移相网络矢量图移相网络矢量图8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.6.3 8.6.3 利用变容二极管改变移相网络的电抗利用变容二极管改变移相网络的电抗利用变容二极管改变移相网络的电抗利用变容二极管改变移相网络的电抗8.6.1
22、 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 2 合成调相法阿姆斯特朗法合成调相法阿姆斯特朗法8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.6.5 8.6.5 实现矢量合成法的方框图实现矢量合成法的方框图实现矢量合成法的方框图实现矢量合成法的方框图8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Elect
23、rical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.6.6 8.6.6 用载波振荡与双边带调幅波叠加以实现调相用载波振荡与双边带调幅波叠加以实现调相用载波振荡与双边带调幅波叠加以实现调相用载波振荡与双边带调幅波叠加以实现调相8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 3 脉冲调相脉冲调相图图图图 8.6.7 8.6.7 实现脉冲调相的方框图实现脉冲调相的方框图实现脉冲调相的方框图实现脉冲调相
24、的方框图8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.6.8 8.6.8 脉冲调相各部分的波形图脉冲调相各部分的波形图脉冲调相各部分的波形图脉冲调相各部分的波形图8.6.1 8.6.1 调相的方法调相的方法College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图图图 8.6.9 8.6.9 间接调频的典型方框图间接调频的典型方框图间接调频的典型方框图间接调频的典型方框图8.6.2 8.6.2 间接调频的实现间接调频的实现College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 积分积分 电路电路线性可控线性可控延时电路延时电路 设延时器件的延时是可控的，如将调制信号积分设延时器件的延时是可控的，如将调制信号积分之后，去线性地控制延时时间，若延时器件此时的输之后，去线性地控制延时时间，若延时器件此时的输入信号为载波振荡，则经延时以后，得到延时器件的入信号为载波振荡，则经延时以后，得到延时器件的输出信号。输出信号。8.7 8.7 可变延时调频可变延时调频*