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1、8.2 调频信号的产生,8.2.1 调频信号的性能指标,1、调制特性的线形（压控特性),要求:压控特性的线性范围要宽,2、调制灵敏度（压控灵敏度）,其定义是调制特性原点的斜率。,通常可用：,表示,3、载波中心频率的稳定度,若 不稳定，会引起失真，还会引起频带展宽，对邻近频道产生干扰,4、振幅要恒定，寄生调幅要小。,8.2.2 直接调频与间接调频,1、直接调频 用调制信号直接线性地改变载波的瞬时频率，即用调制信号直接改变决定载波频率的电抗元件的参数，使调制之后的信号的瞬时频率随调制信号线性变化，,电压/电抗,载频产生,直接调频的原理框图,2、间接调频,载波振荡器,缓冲器,调相器,积分器,8.4
2、变容二极管调频电路,8.4.1 变容二极管特性,由调制信号控制振荡电路的电抗元件可实现调频。变容二极管是可以随外加电压变化的电容器件。,uD=0时的结电容,二极管的势垒电压约为0.7V,：变容指数,随PN结杂质参杂浓度分布不同，分为：,注意：为了减小振荡电路的损耗，变容二极管必须反偏,8.4.2 变容二极管接入振荡电路的一般方法,根据C1、C2的取值，有三种等效电路,（1）C1不接，C2较大（对高频视为短路）,（2）当分布电容不可忽略，或接入并联电容以满足调 制特性的某些要求时，必须考虑C1，若仍把C2视 为短路，等效电路如下图。,(3)当C2不够大，与CJ相同数量级时，等效电路如下图。,（4
3、）电路分析,只考虑变容二极管的情况,设,静态工作点电流,令,称为电容调制度,静态工作点的电容，即偏置电压为UQ时、变容二极管的电容,（1）,由（1）式，Cj受 所调制，调制的规律决定于变容指数，调制深度决定于m,静态工作点的振荡中心频率，即载波中心频率,（2）,将（2）式用幂级数（麦克劳林级数）展开，则：,忽略3次方以上各项,振荡器的振荡频率为：,（3）,令,表示频率偏移,中心频率偏移（相对频偏）为：,由前面的（3）和（4）式，说明高频振荡频率成分中包含,等高次项。引入了非线性失真。,在m较小时，可忽略二次方以上各项：,（5）式说明，为了减小非线性失真，取m较小为好,另一方面，再从调制灵敏度看
4、电容调制度m的取值,最大频偏：,相应调制电压的变化量：,m大一些好,取多大为好？,如果取，可以得到理想的状态。,当 时，由（2）式,（6）,没有非线性失真，没有中心频率偏移（稳定），随控制信号线性变化。,结论：若取 的管子，可加大m,增加频偏，而不影响线性,考虑C1的情况,振荡频率：,将（8）式代入（7）式：,（9）,将（9）式中括号部分用幂级数展开后：,（10）,（11）,（12）,令,（13）,由(10),(11),(12)式：,（14）,如果只取（14）式中的第1项，则：,（15）,最大相对频偏为（对应）：,（16）,（17）,调制灵敏度：,（18）,讨论A:（18）式是近似得到的 由（
5、14）式，存在非线性失真,如何使失真最小？,使每个高次谐波的系数均为0是不可能的，但，二次谐波项是主要的失真项。,可令二次谐波系数等于0,即令：,解出：,（19）,讨论A：,与第一种情况的结论一致，不接C1时，不失真条件是,讨论B：,所以，在实际电路中，不宜使C1的数值过大以免要求变容管的 太大而无法实现。,讨论C：,由（19）式解出 为负值。实际不存在这样的管子，必然要引起非线性失真。通常取,对于接有C1的电路，应该选择 的超突变结变容二极管,例：给定调频电路的载频，谐振回路如下图所示。,（1）若要求,（2）如果要减小调制特性的非线性，应该选取什么 样的管子？,解（1）：由（17）式,（2）
6、由不产生非线性失真的最小条件,最好选 的变容二极管,部分接入,前面两种情况，变容二极管直接与L并联，能够得到较大的频偏。但是，在要求频偏较小的情况下，常将变容二极管串接一个不大的电容C2。目的：提高振荡器中心频率的稳定度,对上式作两次近似：第一次近似：,第二次近似：,再利用,求出：,当 时，第3次近似,令,该式说明：,稳定，表明变容二极管对回路的影响小,最大频偏：,该式中假定,从最大频偏 来看：,频率稳定以减小频偏为代价,图8.25 全部接入式变容二极管调频电路(a)电路图；(b)交流等效电路,图8.25(a)是全部接入式变容二极管调频振荡器电路。变容二极管的直流电压UQ从电位器R7上获得调制
7、信号通过C3、L2馈入，L2是高频扼流圈。C1、C2、C4C6C12是高频滤波或隔直流电容，高频阻抗近似为零。R5是防止寄生振荡电阻。C5是输出耦合电容。L1和Cj构成LC并联振荡回路。其他部分为直流供电、稳压电路。由于变容二极管两端的回路接入系数为1，所以称其为全部接入式变容二极管调频电路。该电路的交流等效电路如图8.25(b)所示。它是一个电感回授式三点式振荡器。回路的电感L1与变容二极管并联，振荡器的工作频率近似等于回路的自然谐振频率。,图 8.27,图8.27(a)示出的是部分接入式变容二极管调频电路。图中，C3、C9、C10、C11都是高频滤波电容。R1、R4、R5是晶体管的直流偏置
8、电阻。R6是自偏置电阻。R2、R3是变容二极管的静态偏置电阻，R7是变容二极管直流通路电阻。L3是高频扼流圈。C8是调制信号耦合电容。L1、C2、C4C7、Cj构成振荡回路。该电路的交流等效电路如图8.27(b)所示。由图可见，它是电容回授式基极接地三点式振荡器电路，振荡回路如图8.27(c)所示。图中C1是C4、C5、C6、C7的等效电容，C是回路总的等效电容。Cj与C2串联后与回路电感L1并联，所以变容二极管两端的回路接入系数小于1，因此称此电路为部分接入式电路。,图8.28 双变容管调频电路,直流偏置,Lp1和Lp2对振荡频率呈高阻抗，对调制信号呈低阻抗,1000p电容对振荡频率短路，对
9、调制信号呈高阻抗,电路优缺点：,与单个变容二极管相比，相同直流偏置下，CjQ减小一半，增加，在相同 的情况下，可以减小m的值，有利于减小非线性。可以削弱高频振荡电压的谐波成分，（高频振荡谐波会引起交叉调制，两管背对背连接可抵消某些谐波成分）。但调之灵敏度略有下降。,8.8 调频信号的解调方法,对调频信号进行解调的检波器称为鉴频器。根据工作原理分为三类：,第一类：Step1.进行波形变换，把调频波变为幅度随瞬时频率变化 的调幅波。Step2.用包络检波器检波，恢复出调制信号。优点电路简单。第二类：对调频波通过零点的数目进行计数，因为其单位时间内的 数目正比于调频波的瞬时频率。优点是线性良好。第三
10、类：利用一想起与符合门电路相配合来实现，移相器所产生的 大小与频率偏移有关。优点是易于集成，且性能良好。,8.8 调频信号的解调方法,8.8.1 基本原理,设调制信号,则：,一般表达式,（1）,幅度,原调制信号,根据公式（2）画出原理框图如下：,8.8.2 鉴频方法,1、直接法：利用线性网络变换方法2、间接法：利用反馈控制原理,（1）第一类鉴频方法 A.将调频波变换为调频-调幅信号（幅度随瞬时 频率变化的调频波）。B.用幅度检波器将幅度检出。,波形变换 幅度检波,的变换方法,对上式微分：,包络,上式是随调制信号 变化的调频信号，用振幅检波后可以绘出原调制信号,根据前面的说明，画出FM检波电路的
11、原理框图如下：,微分网络 包络检波,图 8.49,教材中p224p225的说明,线性幅频网路,包络检波,线性幅频网络：随 线性变化 为常数,设,则,线性变换网络的幅频特性为：,将 用复数表示：,包络,用包络检波可取出：,正比于，可以实现鉴频,频域分析法：,8.9 斜率鉴频电路,8.9.1 限幅电路,问题：调频信号在传输过程中，受干扰和噪声的影响会引起幅度起伏，使鉴频器的输出电压岁接收信号的幅度变化，形成起伏噪声，导致SNR下降。,幅度起伏变化,限幅器 鉴频器,来自中放,1.硬限幅电路,放大区,理想限幅特性 实际限幅特性,双二极管限幅电路,二极管道统电压uD时，二极管（D1，D2）截止,（1）,
12、当 时，双二极管交替导通,（2）,（1）和（2）比较：,二极管截至时，随 的变化很大二极管道统时，随 的变化很小,实现限幅,的振幅越大，越接近方波,2.差分振幅限幅器（软限幅电路）,调谐在载波中心频率fC,原理：当输入电压，一个管子导通，另一个管子的电流受限于I0，集电极电流顶部被削平，iC2是一个调频方波，所含的瘠薄分量趋于恒定。由谐振回路取出幅度恒定的基波电压。特征：工作频率高，两管对称，谐波分量少。,8.9.2 鉴频器的主要性能指标,鉴频器的中心频率。鉴频器位于中放电路之后，鉴频器的中心频率需要与中频的数值一致。鉴频特性的线性度,为了不失真解调，特性曲线在一定范围内必须呈线性,B,鉴频灵
13、敏度,也可以简单地表述为：如果在中心频率fc附近，频率偏移 时的电压为Uo，则：,线性鉴频范围B（峰值带宽，线性范围）,8.9.3 失谐回路鉴频器,根据第1类鉴频方法：,A.频率 幅度转换B.包络检波,因为谐振频率 不等于调频载波的中心频率，所以称为失谐回路鉴频器。,双失谐回路,8.10 相位鉴频器,相位鉴频器,乘积型相位鉴频器叠加型相位鉴频器,乘积型相位鉴频器,频相转换网络,LPF,LPF,图8.58 乘积型相位鉴频器,频相转换网络,频相转换网络的传输系数,网络的串联谐振频率,（1）,（1）式中,相对失谐,（2）,对图8.59(b)的说明：,对图8.59(c)的说明：,由公式,一般情况：,当取输入信号的载波中心频率 时，变换网络的输出电压,(8.10-2),(8.10-3),(8.10-4),(8.10-5),将式(8.104)、式(8.105)代入式(8.103)可得:,(8.10-6),幅度,与 在乘法器中相乘后，再通过LPF就得到下图所示的鉴频特性。,
